JP7101530B2 - Imaging display device and electronic equipment - Google Patents
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Description
本発明の一態様は、撮像表示装置に関する。 One aspect of the present invention relates to an image pickup display device.
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様の技術分野は、物、方法、または、製造方法に関するものである。または、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物(コンポジション・オブ・マター)に関するものである。そのため、より具体的に本明細書で開示する本発明の一態様の技術分野としては、半導体装置、表示装置、液晶表示装置、発光装置、照明装置、蓄電装置、記憶装置、撮像装置、それらの駆動方法、または、それらの製造方法、を一例として挙げることができる。 It should be noted that one aspect of the present invention is not limited to the above technical fields. The technical field of one aspect of the invention disclosed in the present specification and the like relates to a product, a method, or a manufacturing method. Alternatively, one aspect of the invention relates to a process, machine, manufacture, or composition (composition of matter). Therefore, more specifically, the technical fields of one aspect of the present invention disclosed in the present specification include semiconductor devices, display devices, liquid crystal display devices, light emitting devices, lighting devices, power storage devices, storage devices, image pickup devices, and the like. The driving method or the manufacturing method thereof can be given as an example.
なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。トランジスタ、半導体回路は半導体装置の一態様である。また、記憶装置、表示装置、撮像装置、電子機器は、半導体装置を有する場合がある。 In the present specification and the like, the semiconductor device refers to all devices that can function by utilizing the semiconductor characteristics. Transistors and semiconductor circuits are one aspect of semiconductor devices. Further, the storage device, the display device, the image pickup device, and the electronic device may have a semiconductor device.
基板上に形成された酸化物半導体薄膜を用いてトランジスタを構成する技術が注目されている。例えば、酸化物半導体を有するオフ電流が極めて低いトランジスタを画素回路に用いる構成の撮像装置が特許文献1に開示されている。
Attention is being paid to a technique for constructing a transistor using an oxide semiconductor thin film formed on a substrate. For example,
また、撮像装置は表示装置とともに様々な電子機器に組み込まれており、撮像した画像をその場で確認することができる。また、現実に撮像された画像と、サーバ等から取得した文字情報やコンピュータグラフィックス(CG)などの付加データとを組み合わせて表示する拡張現実(AR:Augmented Reality)と呼ばれる技術も使用されている。 In addition, the image pickup device is incorporated in various electronic devices together with the display device, and the captured image can be confirmed on the spot. In addition, a technique called augmented reality (AR) that displays a combination of an image actually captured and additional data such as character information acquired from a server or computer graphics (CG) is also used. ..
撮像装置で取得した画像データはアナログデータであるため、デジタルデータに変換されて記録媒体や表示装置に伝送される。そして、表示装置では当該デジタルデータを再びアナログデータに変換して表示素子を駆動させる。そのため、撮像した画像をリアルタイムで表示する場合であっても、表示装置で実際に表示されている画像には、現実との間に遅延が生じている。 Since the image data acquired by the image pickup device is analog data, it is converted into digital data and transmitted to a recording medium or a display device. Then, the display device converts the digital data into analog data again to drive the display element. Therefore, even when the captured image is displayed in real time, the image actually displayed on the display device has a delay from the reality.
また、AR表示において、付加データの表示にはサーバとの通信時間およびデータ処理時間を要する。したがって、現実との整合性を得るためには、サーバとの通信の高速化の他、サーバ負荷の縮小、高性能なデータ処理装置の適用が有効となる。 Further, in the AR display, the display of the additional data requires the communication time with the server and the data processing time. Therefore, in order to obtain consistency with reality, it is effective to speed up communication with the server, reduce the server load, and apply a high-performance data processing device.
また、ディスプレイをシースルー型にすることで、現実はディスプレイを透過する実像とし、付加データのみをディスプレイに表示する方法も提案されている。しかし、視認者の位置とディスプレイの位置関係が必ずしも一定ではないため、現実と付加データの表示の位置調整が必要となる。たとえば、ディスプレイを正面から見た場合には、ある物体と文字等の付加データとが重なるように表示できても、斜めからディスプレイを見た場合は、その重なりにずれが生じてしまう。 In addition, a method has been proposed in which a see-through type display is used to make a real image that actually passes through the display and only additional data is displayed on the display. However, since the positional relationship between the position of the viewer and the position of the display is not always constant, it is necessary to adjust the position of the display of the actual and additional data. For example, when the display is viewed from the front, even if an object and additional data such as characters can be displayed so as to overlap each other, when the display is viewed from an angle, the overlap will be shifted.
したがって、本発明の一態様では、撮像部で取得したアナログデータをデジタルデータに変換せずに表示部に伝送することのできる撮像表示装置を提供することを目的の一つとする。または、AR表示に使用する付加データを高速に取得することのできる撮像表示装置を提供することを目的の一つとする。または、AR表示において、現実と付加データの表示の位置調整が不要な撮像表示装置を提供することを目的の一つとする。 Therefore, one of the objects of the present invention is to provide an image pickup display device capable of transmitting analog data acquired by the image pickup unit to the display unit without converting it into digital data. Alternatively, one of the purposes is to provide an image pickup display device capable of acquiring additional data used for AR display at high speed. Another object of the present invention is to provide an image pickup display device that does not require adjustment of the position of the display of reality and additional data in AR display.
または、低消費電力の撮像表示装置を提供することを目的の一つとする。または、ノイズの少ない画像を撮像することができる撮像表示装置を提供することを目的の一つとする。または、高感度の撮像が行える撮像表示装置を提供することを目的の一つとする。または、信頼性の高い撮像表示装置を提供することを目的の一つとする。または、新規な撮像表示装置などを提供することを目的の一つとする。または、上記撮像表示装置の駆動方法を提供することを目的の一つとする。または、新規な半導体装置などを提供することを目的の一つとする。 Alternatively, one of the purposes is to provide an image pickup display device having low power consumption. Another object of the present invention is to provide an image pickup display device capable of taking an image with less noise. Another object of the present invention is to provide an image pickup display device capable of high-sensitivity image pickup. Alternatively, one of the purposes is to provide a highly reliable image pickup display device. Alternatively, one of the purposes is to provide a new image pickup display device or the like. Alternatively, one of the purposes is to provide a method for driving the image pickup display device. Alternatively, one of the purposes is to provide a new semiconductor device or the like.
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。 The description of these issues does not preclude the existence of other issues. It should be noted that one aspect of the present invention does not need to solve all of these problems. Issues other than these are self-evident from the description of the description, drawings, claims, etc., and it is possible to extract problems other than these from the description of the specification, drawings, claims, etc. Is.
本発明の一態様は、第1の面に撮像部を有し、第1の面とは逆の第2の面に表示部を有する撮像表示装置に関する。 One aspect of the present invention relates to an image pickup display device having an image pickup unit on a first surface and a display unit on a second surface opposite to the first surface.
本発明の一態様は、第1の面に撮像部を有し、第1の面とは逆の第2の面に表示部を有し、撮像部は、第1の面に照射された光を受光する光電変換素子を有し、表示部は、第1の面とは逆の方向に光を放射する発光素子を有し、前記光電変換素子は、トランジスタのゲートと電気的に接続され、前記発光素子は、前記トランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続される撮像表示装置である。 One aspect of the present invention has an image pickup unit on a first surface, a display unit on a second surface opposite to the first surface, and the image pickup unit has light irradiated to the first surface. The photoelectric conversion element has a light emitting element that emits light in the direction opposite to the first surface, and the photoelectric conversion element is electrically connected to the gate of the transistor. The light emitting element is an image pickup display device that is electrically connected to one of the source and drain of the transistor.
さらにデータ処理部を有する構成とすることができる。データ処理部は、被写体の種類を推定するニューラルネットワークを有する。また、データ処理部は光電変換素子と発光素子との間に設けることができる。 Further, it can be configured to have a data processing unit. The data processing unit has a neural network that estimates the type of subject. Further, the data processing unit can be provided between the photoelectric conversion element and the light emitting element.
また、本発明の他の一態様は、第1の層と、第2の層と、第3の層と、を有し、第2の層は、第1の層と第3の層との間に設けられ、第1の層は発光素子を有し、第2の層は第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、を有し、第3の層は光電変換素子を有し、発光素子は、第1のトランジスタと電気的に接続され、光電変換素子は、第2のトランジスタと電気的に接続され、第1のトランジスタと、第2のトランジスタとは電気的に接続されている撮像表示装置である。 Further, another aspect of the present invention includes a first layer, a second layer, and a third layer, and the second layer is a first layer and a third layer. Provided between them, the first layer has a light emitting element, the second layer has a first transistor and a second transistor, and the third layer has a photoelectric conversion element and emits light. The element is electrically connected to the first transistor, the photoelectric conversion element is electrically connected to the second transistor, and the first transistor and the second transistor are electrically connected to each other. It is a display device.
さらに第4の層を有し、第4の層は、第2の層と第3の層との間に設けられ、第4の層は第3のトランジスタを有し、第3のトランジスタと、第2のトランジスタとは電気的に接続され、第1および第2のトランジスタはチャネル形成領域に金属酸化物を有し、第3のトランジスタはチャネル形成領域にシリコンを有する構成とすることができる。 Further, it has a fourth layer, the fourth layer is provided between the second layer and the third layer, and the fourth layer has a third transistor, and the third transistor and the third layer. The second transistor may be electrically connected, the first and second transistors may have a metal oxide in the channel forming region, and the third transistor may have silicon in the channel forming region.
金属酸化物は、Inと、Znと、M(MはAl、Ti、Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce、NdまたはHf)と、を有することが好ましい。 The metal oxide preferably contains In, Zn, and M (M is Al, Ti, Ga, Sn, Y, Zr, La, Ce, Nd or Hf).
光電変換素子は、セレンまたはセレンを含む化合物を有することが好ましい。 The photoelectric conversion element preferably has selenium or a compound containing selenium.
また、本発明の他の一態様は、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、第3のトランジスタと、光電変換素子と、発光素子と、を有する撮像表示装置であって、第1のトランジスタのソースまたはドレインの一方には光電変換素子の一方の電極が電気的に接続され、光電変換素子の一方の電極には第2のトランジスタのソースまたはドレインの一方が電気的に接続され、第2のトランジスタのソースまたはドレインの他方には第3のトランジスタのゲートが電気的に接続され、第3のトランジスタのソースまたはドレインの一方には、発光素子の一方の電極が電気的に接続されている撮像表示装置である。 Further, another aspect of the present invention is an image pickup display device including a first transistor, a second transistor, a third transistor, a photoelectric conversion element, and a light emitting element. One electrode of the photoelectric conversion element is electrically connected to one of the source or drain of the transistor, and one of the source or drain of the second transistor is electrically connected to one of the electrodes of the photoelectric conversion element. The gate of the third transistor is electrically connected to the other of the source or drain of the second transistor, and one electrode of the light emitting element is electrically connected to one of the source or drain of the third transistor. It is an image pickup display device.
さらに第4のトランジスタを有し、第4のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、第2のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続され、第4のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、第3のトランジスタのゲートと電気的に接続されている構成とすることができる。 Further having a fourth transistor, one of the source or drain of the fourth transistor is electrically connected to the other of the source or drain of the second transistor, and the other of the source or drain of the fourth transistor is. It can be configured to be electrically connected to the gate of the third transistor.
本発明の一態様を用いることで、撮像部で取得したアナログデータをデジタルデータに変換せずに表示部に伝送することのできる撮像表示装置を提供することができる。または、AR表示に使用する付加データを高速に取得することのできる撮像表示装置を提供することができる。または、AR表示において、現実と付加データの表示の位置調整が不要な撮像表示装置を提供することができる。 By using one aspect of the present invention, it is possible to provide an image pickup display device capable of transmitting analog data acquired by the image pickup unit to the display unit without converting it into digital data. Alternatively, it is possible to provide an image pickup display device capable of acquiring additional data used for AR display at high speed. Alternatively, it is possible to provide an image pickup display device that does not require position adjustment of the display of reality and additional data in AR display.
または、低消費電力の撮像表示装置を提供することができる。または、ノイズの少ない画像を撮像することができる撮像表示装置を提供することができる。または、高感度の撮像が行える撮像表示装置を提供することができる。または、信頼性の高い撮像表示装置を提供することができる。または、新規な撮像表示装置などを提供することができる。または、上記撮像表示装置の駆動方法を提供することができる。または、新規な半導体装置などを提供することができる。 Alternatively, it is possible to provide an image pickup display device having low power consumption. Alternatively, it is possible to provide an image pickup display device capable of taking an image with less noise. Alternatively, it is possible to provide an image pickup display device capable of high-sensitivity image pickup. Alternatively, a highly reliable image pickup display device can be provided. Alternatively, a new image pickup display device or the like can be provided. Alternatively, it is possible to provide a method for driving the image pickup display device. Alternatively, a new semiconductor device or the like can be provided.
実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略することがある。なお、図を構成する同じ要素のハッチングを異なる図面間で適宜省略または変更する場合もある。 The embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that the form and details thereof can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention is not construed as being limited to the description of the embodiments shown below. In the configuration of the invention described below, the same reference numerals may be used in common among different drawings for the same parts or parts having similar functions, and the repeated description thereof may be omitted. The hatching of the same element constituting the figure may be omitted or changed as appropriate between different drawings.
(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様である撮像表示装置について、図面を参照して説明する。
(Embodiment 1)
In the present embodiment, the image pickup display device according to one aspect of the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の一態様は、撮像部と表示部を有する撮像表示装置である。当該撮像表示装置は、第1面に撮像部を備え、第1面とは逆の第2面に表示部を備える。光を検知する面と光を放出する面が逆向きとなるため、スマートグラス、望遠鏡、双眼鏡、単眼鏡、顕微鏡、暗視スコープなどに適した構成となっている。 One aspect of the present invention is an image pickup display device having an image pickup unit and a display unit. The image pickup display device includes an image pickup unit on a first surface and a display unit on a second surface opposite to the first surface. Since the surface that detects light and the surface that emits light are opposite to each other, the configuration is suitable for smart glasses, telescopes, binoculars, monoculars, microscopes, night-vision scopes, and the like.
当該撮像表示装置では、撮像部と表示部のそれぞれに画素を有し、撮像部の画素と表示部の画素が電気的に接続されている。または、一つの画素に撮像部として機能する部分と表示部として機能する部分を有しているともいえる。当該構成によって、撮像部で取得した画像信号を表示部に直接入力することができる。したがって、データ変換にともなう遅延時間をなくすことができ、撮像した画像を瞬時に表示することができる。 The image pickup display device has pixels in each of the image pickup unit and the display unit, and the pixels of the image pickup unit and the pixels of the display unit are electrically connected to each other. Alternatively, it can be said that one pixel has a portion that functions as an image pickup unit and a portion that functions as a display unit. With this configuration, the image signal acquired by the image pickup unit can be directly input to the display unit. Therefore, the delay time associated with the data conversion can be eliminated, and the captured image can be displayed instantly.
図1は、本発明の一態様の撮像表示装置を説明する図である。撮像表示装置100は、撮像部(IS)101と、表示部(DIS)102を有する。撮像部101と被写体105との間にはレンズ103を設けてもよい。また、表示部102と視認者106との間にはレンズ104を設けてもよい。
FIG. 1 is a diagram illustrating an image pickup display device according to an aspect of the present invention. The image
例えば、レンズ103は被写体105を撮像部101に縮小投影する機能を有する。また、レンズ104は表示部102上に表示されている画像を視認者106に対して拡大投影する機能を有する。なお、図1ではレンズ103、104をそれぞれ1枚の凸レンズで表してあるが、構成および機能は任意であり、組み合わせレンズなどを用いてもよい。また、表示部102と被写体105との間に光路を調整するミラーを設けてもよい。
For example, the
撮像部101の画素のそれぞれは、対応する表示部102の画素と一対一で電気的に接続されている。したがって、撮像部101の画素で画像信号として取得したアナログデータは、デジタルデータに変換されることなく表示部102の画素に伝送され、表示が行われる。
Each of the pixels of the
したがって、本発明の一態様の撮像表示装置では、現実の表示の遅延を極めて小さくすることができる。 Therefore, in the image pickup display device of one aspect of the present invention, the delay of the actual display can be made extremely small.
図2に撮像表示装置100のブロック図の一例を示す。撮像表示装置100は、撮像部101および表示部102のほか、データ処理部200を有する。データ処理部200は、例えば、演算部(CPU)201と、画像処理部(GPU)202と、位置センサ(GPS)203と、入出力部(I/O)204と、記憶部(MEM)205を有する。
FIG. 2 shows an example of a block diagram of the image
撮像部101、表示部102およびデータ処理部200の要素は互いに電気的に接続されており、必要に応じて信号およびデータの授受を行うことができる。なお、いずれかの要素が他のいずれかの要素と電気的に接続していない場合もある。また、いずれかの要素の機能を他の要素が有する場合がある。また、一つの要素の機能を複数の要素に分散する場合もある。
The elements of the
撮像部101は、画像データを撮像する機能を有し、CMOSイメージセンサなどの撮像装置を用いることができる。表示部102は、画像データを表示する機能を有する。例えば、有機EL素子などの発光素子を用いた表示装置を用いることが好ましい。
The
演算部201は、撮像表示装置100全体の動作に関わる演算を行う機能を有し、例えば中央演算処理装置(CPU:Central Processing Unit)などを用いることができる。
The
画像処理部202は、画像に関するデータ処理を行う機能を有し、例えば画像処理装置(GPU:Graphics Processing Unit)などを用いることができる。また、画像処理部202は、画像を解析するためのニューラルネットワーク(NN)207を有することができる。
The
位置センサ203は、撮像表示装置100の位置を特定する機能を有し、例えば、GPS(Global Positioning System)受信機を用いることができる。さらに、ジャイロセンサ、加速度センサ、光センサ、温度センサなどを備えていてもよい。
The
入出力部204は、外部から情報を取得する機能または外部に情報を出力する機能を有する。例えば、入出力部204は有線または無線のネットワークと接続することができ、当該ネットワークを介してサーバ(SV)206と情報の入出力を行うことができる。また、入出力部204には、取得した画像データと照合するための情報が記憶された媒体が接続されてもよい。
The input /
記憶部205は、撮像表示装置100に動作にかかわるプログラムや設定項目を保存する機能を有する。また、撮像部101で撮像した画像データを保存する機能を有する。なお、記憶部205の一部としても機能する、取り外し可能な記憶媒体(MEM)208を用いてもよい。
The
ここで、ニューラルネットワーク207では、撮像部101で撮像した被写体が建物であるか、植物であるか、人であるかなどのカテゴリーを推定する動作を行う。例えば、被写体に関する情報をAR表示で得たい場合、従来では位置センサ203を用いて建物や道路などの情報を得ることはできたが、位置によって特定されない被写体の情報を得ることは困難であった。
Here, the neural network 207 performs an operation of estimating a category such as whether the subject imaged by the
被写体の画像情報のみをサーバ206に送信して情報を得ようとした場合、サーバ206側で被写体が何であるかカテゴリーから解析する必要がある。そのため、サーバ206側の負担が大きくなり、検索に時間を要する。また、情報不足のため解析できない場合や、解析のためにさらに情報を要求されることもあり得る。
When only the image information of the subject is transmitted to the
ニューラルネットワーク207でカテゴリーを推定し、画像データに加えてカテゴリーの推定結果も送信することで、サーバ206での解析の負担を大幅に削減することができる。また、位置センサ203で取得した情報も加えてサーバ206に送信してもよい。カテゴリーの確定後にサーバ206に情報を送信することで、サーバ206から高速に検索結果を得ることができる。
By estimating the category with the neural network 207 and transmitting the estimation result of the category in addition to the image data, the burden of analysis on the
したがって、本発明の一態様の撮像表示装置では、ニューラルネットワークを用いた被写体のカテゴリー推定で、現実との整合性の高いAR表示を行うことができる。 Therefore, in the image pickup display device of one aspect of the present invention, AR display with high consistency with reality can be performed by category estimation of a subject using a neural network.
ここで、撮像表示装置100において、撮像部101での撮像動作および表示部102での表示動作が繰り返し行われているときに任意のタイミングでAR表示を行う動作の一例を図3に示すフローチャートを用いて説明する。なお、位置センサ203での位置情報の取得、その他のセンサを備えている場合における各種環境情報の取得も撮像動作等と同時に行われているものとする。
Here, the flowchart shown in FIG. 3 shows an example of an operation of performing AR display at an arbitrary timing when the image pickup operation of the
まず、演算部201および画像処理部202等で撮像した画像から被写体を抽出し、画像解析を行う。ここでは、画像の中の被写体の数、形状、色などの分類を行う(S1)。
First, a subject is extracted from the images captured by the
次に、情報表示を行う被写体を選択する(S2)。なお、画像中に含まれる全ての被写体が選択されるように予め設定されていてもよい。 Next, a subject for which information is to be displayed is selected (S2). It should be noted that it may be preset so that all the subjects included in the image are selected.
次に、選択された被写体について、既に取得している被写体の位置情報等およびS1の画像解析で得た情報を用いて、ニューラルネットワーク207で被写体のカテゴリーの推定を行う(S3)。 Next, for the selected subject, the neural network 207 estimates the subject category using the already acquired position information of the subject and the information obtained by the image analysis of S1 (S3).
次に、被写体の画像、S3のカテゴリー推定に用いた情報、およびカテゴリーの推定結果をサーバ206に送信し、サーバ206で被写体に関する情報の検索を行う(S4)。
Next, the image of the subject, the information used for the category estimation of S3, and the category estimation result are transmitted to the
そして、サーバ206から被写体に関する情報を受信し(S5)、表示部102で当該情報をAR表示する(S6)。 Then, the information about the subject is received from the server 206 (S5), and the information is AR-displayed on the display unit 102 (S6).
情報表示を行う被写体を変更したい場合は、S2に戻り、再度被写体を選択する。 If you want to change the subject for which information is displayed, return to S2 and select the subject again.
次に、図4(A)乃至図7を用いて撮像表示装置100として適用できる構成例を説明する。図4(A)乃至図7で共通する要素の符号は同じとする。
Next, a configuration example applicable as the image
図4(A)に示す撮像表示装置110は、層111と、層112と、層113が順に積層された構成を有する。撮像表示装置110では、撮像部101の要素を層111および層112に設けることができる。また、表示部102の要素を層112および層113に設けることができる。
The image
図4(C)は、撮像表示装置110の各層を説明する図である。層111は、フォトダイオードが設けられた領域153を有する。当該フォトダイオードは、シリコン基板を光電変換層とするpn型フォトダイオードまたはpin型フォトダイオードを用いることが好ましい。
FIG. 4C is a diagram illustrating each layer of the image
層112は、シリコン基板に設けられた領域151および領域152を有する。領域151および領域152は、シリコンをチャネル形成領域としたトランジスタを有する。なお、領域152は複数であり、それぞれに異なる機能の回路を設けることができる。
The
領域151は、撮像部101の画素回路(光電変換素子を除く)と、表示部102の画素回路(表示素子を除く)が混在した構成を有する。領域152には、撮像部101の画素回路または表示部102の画素回路の駆動回路や読み出し回路などを設けることができる。
The
層113は、表示素子が設けられた領域150を有する。当該表示素子には、有機EL層を有する発光素子を用いることが好ましい。
The
なお、領域153と、領域151と、領域150とは、ほぼ同じ面積となる。
The
図6(A)は、撮像表示装置110における一つの画素を構成する要素の電気的な接続を例示する図である。領域153は、光電変換素子161を有する。領域151は、トランジスタ162a、162bを有する。領域150は表示素子163を有する。
FIG. 6A is a diagram illustrating the electrical connection of the elements constituting one pixel in the image
トランジスタ162a、162bは、撮像部101および表示部102の画素回路162の一部の要素である。光電変換素子161、トランジスタ162a、162bおよび表示素子163は、それぞれ領域153、領域151または領域150内においてマトリクス状に配置される。
The
光電変換素子161は、トランジスタ162a、162bと重なる領域を有するように配置される。光電変換素子161の一方の電極は、トランジスタ162aのソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。
The
トランジスタ162a、162bは、表示素子163と重なる領域を有するように配置される。トランジスタ162bのソースまたはドレインの一方は、表示素子163の一方の電極と電気的に接続される。
The
なお、画素回路162に相当する回路の詳細は後述するが、トランジスタ162aのソースまたはドレインの他方と、トランジスタ162bのゲートは電気的に接続される。
Although the details of the circuit corresponding to the
また、図7(A)は、撮像表示装置110における画素回路162と領域152に設けられた回路152a、152b、152c、152dの電気的な接続を例示する図である。なお、回路152a、152b、152c、152dは、画素回路162を駆動する機能または画素回路162から信号を読み出す機能などを有することができる。
Further, FIG. 7A is a diagram illustrating an electrical connection between the
回路152aは、撮像部101のロードライバとしての機能を有することができる。回路152aは、配線を介して画素回路162の要素と電気的に接続される。回路152bは、撮像部101のカラムドライバとしての機能を有することができる。また、回路152bは、ノイズを除去するためのCDS(correlated double sampling)回路、およびA/Dコンバータの機能を有していてもよい。回路152bは、配線を介して画素回路162の要素と電気的に接続される。
The
回路152cは、表示部102のロードライバとしての機能を有することができる。回路152cは、配線を介して画素回路162の要素と電気的に接続される。回路152dは、表示部102のカラムドライバとしての機能を有することができる。回路152dは、配線を介して画素回路162の要素と電気的に接続される。
The
また、図4(D)の各層の説明図に示すように、層112における領域151の相対的な面積を小さくすることで、層112における領域152の相対的な面積を大きくすることができる。このとき、領域152には、上述した駆動回路等を設けるほか、データ処理部200が有するいずれかの要素または当該要素に含まれる一部の回路を設けてもよい。
Further, as shown in the explanatory diagram of each layer in FIG. 4D, the relative area of the
また、撮像表示装置100は、図4(B)に示す撮像表示装置120の構成であってもよい。撮像表示装置120は、撮像表示装置110と光電変換素子が異なる構成であり、層115を有する。
Further, the image
層115に設けられる光電変換素子は、セレンまたはセレンの化合物を有することが好ましい。セレン系材料を用いた光電変換素子では、アバランシェ増倍効果を利用することにより、低照度時の光検出感度を高めることができる。また、光電変換層に有機半導体を用いたフォトダイオードであってもよい。
The photoelectric conversion element provided on the
また、撮像表示装置100は、図5(A)に示す撮像表示装置130の構成であってもよい。撮像表示装置130は、層111と、層112と、層114と、層113が順に積層された構成を有する。
Further, the image
撮像表示装置130では、撮像部101の要素を層111、層112および層114に設けることができる。また、表示部102の要素を層112、層114および層113に設けることができる。
In the image
図5(C)の各層の説明図に示すように、層114は領域154および領域155を有する。領域154および領域155は、金属酸化物をチャネル形成領域としたトランジスタを有する。なお、領域155は複数であり、それぞれに異なる機能の回路を設けることができる。
As shown in the explanatory diagram of each layer in FIG. 5C, the
領域154は、撮像部101の画素回路の要素(光電変換素子を除く)および表示部102の画素回路の要素(表示素子を除く)が混在した構成を有する。領域155には、撮像部101の画素回路または表示部102の画素回路の駆動回路等を設けることができる。
The
図6(B)は、撮像表示装置130における一つの画素を構成する要素の電気的な接続の一例を説明する図である。領域153は、光電変換素子161を有する。領域151は、トランジスタ165a、165b、および接続部166を有する。領域154は、トランジスタ167a、167bを有する。領域150は、表示素子163を有する。
FIG. 6B is a diagram illustrating an example of electrical connection of elements constituting one pixel in the image
トランジスタ165a、165b、167a、167bは、撮像部101および表示部102の画素回路167の一部の要素である。接続部166はシリコン基板に形成したスルーホール等とすることができる。
The
光電変換素子161、トランジスタ165a、165b、トランジスタ167a、167bおよび表示素子163は、それぞれ領域153、領域151、領域154または領域150内において、マトリクス状に配置される。
The
光電変換素子161はトランジスタ165a、165bと重なる領域を有するように配置される。光電変換素子161の一方の電極はトランジスタ167aのソースまたはドレインの一方と接続部166を介して電気的に接続される。
The
トランジスタ165a、165bのいずれかは、トランジスタ167a、167bのいずれかと重なる領域を有するように配置される。トランジスタ165aのゲートは、トランジスタ167aのソースまたはドレインの他方と電気的に接続される。
Any of the
トランジスタ167a、167bは、表示素子163と重なる領域を有するように配置される。トランジスタ167bのソースまたはドレインの一方は、表示素子163の一方の電極と電気的に接続される。
The
画素回路167に相当する回路の詳細は後述するが、トランジスタ167aのソースまたはドレインの他方と、トランジスタ167bのゲートは電気的に接続される。
The details of the circuit corresponding to the
また、図7(B)は、撮像表示装置130における画素回路167と、領域155に設けられた回路155a、155bと、回路152e、152f、152g、152hとの電気的な接続を例示する図である。なお、回路155a、155b、152e、152f、152g、152hは、画素回路167を駆動する機能または画素回路167から信号を読み出す機能などを有することができる。
Further, FIG. 7B is a diagram illustrating the electrical connection between the
層114に設けられた回路155a、155bは、表示部102のロードライバとしての機能を有することができる。回路155a、155bは、配線を介して層114に設けられた画素回路167の要素と電気的に接続することができる。
The
層112に設けられた回路152hは、表示部102のカラムドライバとしての機能を有することができる。回路152hは、配線を介して層114に設けられた画素回路167の要素と電気的に接続することができる。
The
層112に設けられた回路152e、152gは、撮像部101のロードライバとしての機能を有することができる。回路152eは、配線を介して層112に設けられた画素回路167の要素と電気的に接続することができる。回路152gは、配線を介して層114に設けられた画素回路167の要素と電気的に接続することができる。
The
層112に設けられた回路152fは、撮像部101のカラムドライバとしての機能を有することができる。また、回路152fは、ノイズを除去するためのCDS回路およびA/Dコンバータの機能を有していてもよい。回路152fは、配線を介して層112に設けられた画素回路167の要素と電気的に接続される。
The
また、図5(D)の各層の説明図に示すように、層114における領域154の相対的な面積を小さくすることで、層114における領域155の相対的な面積を大きくすることができる。このとき、領域155には、上述した駆動回路を設けるほか、データ処理部200が有するいずれかの要素または当該要素に含まれる一部の回路を設けてもよい。
Further, as shown in the explanatory diagram of each layer in FIG. 5D, the relative area of the
また、撮像表示装置100は、図5(B)に示す撮像表示装置140の構成であってもよい。撮像表示装置140は、撮像表示装置130と光電変換素子が異なる構成であり、セレンまたはセレンの化合物を有する光電変換素子が設けられた層115を有する。
Further, the image
なお、上記では撮像部101および表示部102と電気的に接続される回路を領域152または領域155に設ける形態を説明したが、当該回路は外付けのICチップ内に設けられていてもよい。
Although the embodiment in which the circuit electrically connected to the
上述した画素回路162または画素回路167として用いることができる画素回路の構成例を図8(A)乃至図14(B)を用いて説明する。なお、図8(A)乃至図14(B)において、共通した機能を有するトランジスタなどの要素の符号は同じとする。なお、厳密には分離できないが、主に表示部102の画素として動作する部分を回路部102aとする。
A configuration example of a pixel circuit that can be used as the
図8(A)に示す画素回路171は、本発明の一態様の基本的な構成の一つである。画素回路171は、電荷検出部NDの電位を光電変換素子で確定させ、電荷検出部NDの電位に応じて表示素子を発光させる機能を有する。したがって、データ変換などのステップを経ることなく撮像から表示までの動作を高速に行うことができる。
The
画素回路171は、光電変換素子10と、トランジスタ51と、トランジスタ52と、トランジスタ53と、表示素子11と、容量素子60と、を有する。
The
なお、光電変換素子10は、図6(A)、(B)に示す光電変換素子161に相当する。トランジスタ52は、図6(A)、(B)に示すトランジスタ162aまたはトランジスタ167aに相当する。トランジスタ53は、図6(A)、(B)に示すトランジスタ162bまたはトランジスタ167bに相当する。表示素子11は、図6(A)、(B)に示す表示素子163に相当する。
The
トランジスタ51のソースまたはドレインの一方は、光電変換素子10の一方の電極(アノード)と電気的に接続される。光電変換素子10の一方の電極は、トランジスタ52のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ52のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ53のゲートと電気的に接続される。トランジスタ53のソースまたはドレインの一方は、表示素子11の一方の電極(アノード)と電気的に接続される。トランジスタ53のゲートは、容量素子60の一方の電極と電気的に接続される。なお、容量素子60を設けない構成とすることもできる。
One of the source and drain of the
光電変換素子10の他方の電極(カソード)は、配線72と電気的に接続される。トランジスタ51のゲートは、配線76と電気的に接続される。トランジスタ52のゲートは、配線75と電気的に接続される。トランジスタ51のソースまたはドレインの他方は、配線73と電気的に接続される。トランジスタ53のソースまたはドレインの他方は、配線74と電気的に接続される。表示素子11の他方の電極(カソード)は配線86と電気的に接続される。容量素子60の他方の電極は、配線77と電気的に接続される。
The other electrode (cathode) of the
配線72、73、74、77、86は、電源線としての機能を有することができる。例えば、配線73、77、86は低電位電源線、配線74は高電位電源線として機能させることができる。配線75、76は、各トランジスタのオンオフを制御する信号線として機能させることができる。
光電変換素子10には、低照度時の光検出感度を高めるためアバランシェ増倍効果を生じる光電変換素子を用いてもよい。アバランシェ増倍効果を生じさせるためには、比較的高い電位HVDD(例えば10V以上であって、VDDより高い電位)が必要となる。したがって、配線72は、電位HVDDを供給することのできる電源と電気的に接続されることが好ましい。なお、光電変換素子10は、アバランシェ増倍効果が生じない電位を印加して使用することもできる。また、光電変換素子10として、アバランシェ増倍効果が生じない素子を用いることもできる。
As the
トランジスタ51は、電荷検出部NDの電位を初期化する機能を有することができる。トランジスタ52は、電荷検出部NDを制御する機能を有することができる。トランジスタ53は、電荷検出部NDの電位に応じて表示素子11に流れる電流を制御する機能を有することができる。
The
なお、図8(B)に示す画素回路172のように、トランジスタ53のゲートにトランジスタ54のソースまたはドレインの一方を電気的に接続し、ソースまたはドレインの他方に容量素子60の一方の電極を電気的に接続した構成としてもよい。このとき、トランジスタ54のゲートには信号線として機能することができる配線87が電気的に接続される。
As shown in the
画素回路172の構成とすることで、電荷検出部NDの容量値を可変とすることができる。したがって、低照度環境下ではトランジスタ54をオフとすることで、高感度の撮像を行うことができる。また、高照度環境下ではトランジスタ54をオンとすることで、低感度の撮像を行うことができる。
By configuring the
なお、画素回路171、172では、配線74に供給する電位を可変とすることでも感度を調整した撮像を行うことができる。特に、配線74に供給する電位を高めることで、表示素子11の輝度を高めることができるため、暗視スコープなどの用途に適する。
In the
光電変換素子10に高電圧を印加する場合では、光電変換素子10と接続されるトランジスタには高耐圧のトランジスタを用いる必要がある。高耐圧のトランジスタには、例えば、チャネル形成領域に金属酸化物を用いたトランジスタ(以下、OSトランジスタ)などを用いることができる。具体的には、トランジスタ51およびトランジスタ52にOSトランジスタを適用することが好ましい。
When a high voltage is applied to the
また、トランジスタ51およびトランジスタ52の低いオフ電流特性によって、電荷検出部NDで電荷を保持できる期間を極めて長くすることができる。そのため、回路構成や動作方法を複雑にすることなく、全画素で同時に電荷の蓄積動作を行うグローバルシャッタ方式を適用することができる。
Further, due to the low off-current characteristics of the
したがって、光電変換素子10に高電圧を印加する場合では、撮像表示装置130または撮像表示装置140の構成を用いることが好ましい。なお、撮像表示装置130または撮像表示装置140に画素回路171、172を適用する場合は、トランジスタ165a、165bは不要となる。
Therefore, when a high voltage is applied to the
また、光電変換素子10に高電圧を印加しないで使用する場合は、トランジスタ51およびトランジスタ52にシリコンを活性層または活性領域に用いたトランジスタ(以下、Siトランジスタ)を適用してもよい。したがって、撮像表示装置110または撮像表示装置120の構成を用いることもできる。
When the
表示素子11としては、発光素子を用いることが好ましい。発光素子としては、有機物の発光層を含む有機EL素子(OLED)などを用いることができる。有機EL素子はダイオード特性を示し、順方向バイアスを印加することで電流を流すことができる。また、当該電流をトランジスタで調整することによって輝度を変化させることができる。
It is preferable to use a light emitting element as the
次に、図8(C)のタイミングチャートを用いて、画素回路171、172の基本動作を説明する。なお、以下に説明する一例の動作において、配線75、76には、”H”としてVDD、”L”としてGNDの電位が供給されるものとする。配線72、74には、VDDの電位が供給されるものとする。配線73、77、86には、GNDの電位が供給されるものとする。なお、各配線に上記以外の電位を供給する形態とすることもできる。
Next, the basic operation of the
時刻T1に配線76を”H”、配線75を”H”とし、電荷検出部NDの電位をリセット電位(GND)に設定する(リセット動作)。このとき、トランジスタ53は非導通であるため、表示素子11は発光しない。
At time T1, the
時刻T2に配線76を”L”、配線75を”H”とすることで、電荷検出部NDの電位が変化し始める(蓄積動作)。電荷検出部NDの電位は、光電変換素子10に入射した光の強度に応じてGNDから最大でVDDまで変化する。
By setting the
時刻T3に配線75を”L”とし、電荷検出部NDの電位を確定させる。このとき、電荷検出部NDの電位がトランジスタ53のしきい値電圧より大きければトランジスタ53は導通し、電流値に応じて表示素子11は発光する(表示動作)。
At time T3, the
その後、一定期間表示を継続し、時刻T4で再度リセット動作を行う。上記動作を繰り返すことで、撮像および表示の動作を高速に行うことができる。また、リセット動作時に適度に黒表示が挿入されるため、動画像の残像などを低減することができる。 After that, the display is continued for a certain period of time, and the reset operation is performed again at time T4. By repeating the above operation, the image pickup and display operations can be performed at high speed. Further, since the black display is appropriately inserted during the reset operation, afterimages of moving images can be reduced.
なお、画素回路171、172を用いる場合は、上述したように簡単な制御で撮像および表示が行えるため、シフトレジスタのような画素の選択回路なども不要であり、全ての画素で同時にリセット動作、蓄積動作、表示動作を行うことができる。
When the
また、本発明の一態様は、図9(A)に示す画素回路173の構成であってもよい。画素回路173は撮像データを画素の外部に出力することができる点が画素回路171と異なる。
Further, one aspect of the present invention may be the configuration of the
画素回路173は、画素回路171の構成と、トランジスタ55と、トランジスタ56と、を有する。トランジスタ55のゲートは、トランジスタ52のソースまたはドレインの他方と電気的に接続される。トランジスタ55のソースまたはドレインの一方は、トランジスタ56のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。
The
なお、トランジスタ55は、図6(B)に示すトランジスタ165aに相当する。トランジスタ53は、図6(B)に示すトランジスタ165bに相当する。なお、トランジスタ55、56を撮像表示装置110、120の領域151に設けることもできる。
The
トランジスタ55のソースまたはドレインの他方は、配線79に電気的に接続される。トランジスタ56のソースまたはドレインの他方は、配線71に電気的に接続される。トランジスタ56のゲートは配線78に電気的に接続される。
The other of the source or drain of the
配線79は、電源線としての機能を有することができる。例えば、配線79は高電位電源線として機能させることができる。配線71は、画素から信号を出力する出力線としての機能を有することができる。配線78は、トランジスタのオンオフを制御する信号線として機能させることができる。
The
トランジスタ55は、電荷検出部NDの電位に応じた信号を出力する機能を有することができる。トランジスタ56は、信号を読み出す画素を選択する機能を有することができる。
The
トランジスタ55は増幅特性が優れていることが望まれるため、オン電流が高いトランジスタであることが好ましい。したがって、トランジスタ55,56には、Siトランジスタを適用することが好ましい。もちろん、トランジスタ55,56にOSトランジスタを適用してもよい。
Since the
次に、図9(B)のタイミングチャートを用いて、画素回路173の基本動作を説明する。なお、以下に説明する一例の動作において、配線75、76、78には、”H”としてVDD、”L”としてGNDの電位が供給されるものとする。配線72、74,79には、VDDの電位が供給されるものとする。配線73、77、86には、GNDの電位が供給されるものとする。なお、各配線に上記以外の電位を供給する形態とすることもできる。
Next, the basic operation of the
時刻T1乃至T3の動作は、図8(B)の説明を参照することができる。 For the operations at times T1 to T3, the description in FIG. 8B can be referred to.
時刻T4に配線78を”H”とすることでトランジスタ56を導通させ、電荷検出部NDの電位に応じた画像信号を配線71に出力する。
By setting the
その後、時刻T5で再度リセット動作を行う。上記動作を繰り返すことで、撮像および表示の動作を高速に行うことができ、かつ画像データを外部に出力することができる。 After that, the reset operation is performed again at time T5. By repeating the above operation, the image pickup and display operations can be performed at high speed, and the image data can be output to the outside.
なお、画素回路173を用いる場合は、撮像用に画素を選択するロードライバ、およびカラムドライバが必要となる。当該ロードライバおよびカラムドライバは、領域152などに設けることができる。
When the
また、本発明の一態様は、図10(A)に示す画素回路174の構成であってもよい。画素回路174は、撮像した画像とは異なる任意の画像を重ねて表示できる点が画素回路173と異なる。
Further, one aspect of the present invention may be the configuration of the
画素回路174は、画素回路173の構成と、トランジスタ57と、トランジスタ58と、表示素子12と、を有する。
The
トランジスタ57のソースまたはドレインの一方は、表示素子12の一方の電極と電気的に接続される。トランジスタ57のゲートは、トランジスタ58のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ57のソースまたはドレインの他方は、配線74と電気的に接続される。表示素子12の他方の電極は、配線86と電気的に接続される。トランジスタ58のソースまたはドレインの他方は、配線81と電気的に接続される。トランジスタ58のゲートは、配線80と電気的に接続される。
One of the source or drain of the
なお、トランジスタ57、58は、撮像表示装置110、120の領域151または撮像表示装置130、140の領域154に設けることができる。表示素子12には表示素子11と同様の素子を用いることができ、領域150に設けることができる。
The
配線80、81は、信号線としての機能を有することができる。例えば、配線80はトランジスタ58のオンオフを制御する信号線として機能させることができる。配線81は、画像信号を供給する信号線として機能させることができる。
The
トランジスタ57は、配線81から供給される電位に応じて表示素子12に流れる電流を制御する機能を有することができる。トランジスタ58は、任意の表示を行う画素を選択する機能を有することができる。
The
画素回路174を用いた撮像表示装置は、トランジスタ57、58および表示素子12を用いて、任意の画像を表示することができるため、現実と情報を重ねて表示するAR表示を行うことができる。
Since the image pickup display device using the
次に、図10(B)のタイミングチャートを用いて、画素回路173の基本動作を説明する。なお、以下に説明する一例の動作において、配線75、76、78、80には、”H”としてVDD、”L”としてGNDの電位が供給されるものとする。配線72、74,79には、VDDの電位が供給されるものとする。配線73、77、86には、GNDの電位が供給されるものとする。配線81には、任意の電位(画像信号)が供給されるものとする。なお、各配線に上記以外の電位を供給する形態とすることもできる。
Next, the basic operation of the
時刻T1の動作は、図8(B)の説明を参照することができる。 For the operation at time T1, the description of FIG. 8B can be referred to.
時刻T2に配線76を”L”、配線75を”H”、配線80を”H”とすると、電荷検出部NDの電位が変化し始める(蓄積動作)。電荷検出部NDの電位は、光電変換素子10に入射した光の強度に応じてGNDから最大でVDDまで変化する。また、トランジスタ57のゲートには配線81から供給される画像信号の書き込みが行われる。
When the
時刻T3に配線75を”L”、配線80を”L”とし、電荷検出部NDの電位を確定させる。このとき、電荷検出部NDの電位がトランジスタ53のしきい値電圧より大きければトランジスタ53は導通し、電流値に応じて表示素子11は発光する。また、トランジスタ57のゲートの電位がトランジスタ57のしきい値電圧より大きければトランジスタ57は導通し、電流値に応じて表示素子12は発光する(表示動作)。
At time T3, the
時刻T4以降の動作は、図9(B)の説明を参照することができる。 For the operation after the time T4, the description of FIG. 9B can be referred to.
なお、画素回路174を用いる場合は、撮像用および表示用に画素を選択するロードライバ、およびカラムドライバが必要となる。当該ロードライバおよびカラムドライバは、領域152、155などに設けることができる。
When the
また、本発明の一態様は、図11(A)に示す画素回路175の構成であってもよい。画素回路175は、画素回路174から表示素子12を省いた構成であり、トランジスタ57のソースまたはドレインの他方を表示素子11の一方の電極と電気的に接続している。
Further, one aspect of the present invention may be the configuration of the
図10(A)に示す構成では、表示素子11と表示素子12のいずれか発光強度が高いほうが優位となって表示に現れる。したがって、表示素子12で任意の画像を表示するには、表示素子11での表示を上書きするように発光強度を高めなければならない。図11(A)の構成であっても、配線81から表示素子11の元の表示を上書きするように信号を入力することができるため、表示素子12を省くことができる。
In the configuration shown in FIG. 10 (A), whichever of the
また、本発明の一態様は、図11(B)に示す画素回路176の構成であってもよい。画素回路176は、図11(A)に示す構成と、トランジスタ59と、トランジスタ63と、を有する。
Further, one aspect of the present invention may be the configuration of the
トランジスタ59のソースまたはドレインの一方は、トランジスタ52のソースまたはドレインの他方と電気的に接続される。トランジスタ59のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ53のゲートに電気的に接続される。トランジスタ59のゲートは、トランジスタ63のソースまたはドレインの一方と電気的に接続される。トランジスタ63のゲートは、配線85と電気的に接続される。トランジスタ63のソースまたはドレインの他方は、配線82と電気的に接続される。
One of the source or drain of the
配線82は、トランジスタ59のオンオフを制御する信号線として機能させることができる。配線85は、画素を選択する信号線として機能させることができる。なお、トランジスタ63を設けずに、トランジスタ59のゲートと配線82を電気的に接続する構成とすることもできる。
The wiring 82 can function as a signal line for controlling the on / off of the
トランジスタ59を非導通とすることで、撮像と同時の画像表示を停止することができる。全ての画素でトランジスタ59を非導通とすれば、表示部102全体で配線81から供給される任意の画像データの表示を行うことができる。また、配線71を介して外部に取り出して加工したデータを配線81から供給して表示することもできる。例えば、撮像した画像の拡大表示や加工した表示などを行うことができる。
By making the
また、画素を選択してトランジスタ59を非導通とすれば、選択した画素では撮像と同時の画像表示を停止することができる。また、リセット期間にトランジスタ59を非導通とすれば、トランジスタ53は非導通となり黒表示とすることができる。当該黒表示とした画素を背景として、配線81から供給される任意の画像データの表示を行うことで、鮮明なAR表示を行うことができる。
Further, if a pixel is selected and the
なお、トランジスタ53のゲートにスイッチ(トランジスタ等)を介して低電位電源線を電気的に接続すれば、リセット期間に限らず任意のタイミングでトランジスタ53を非導通にすることができ、黒表示とすることができる。
If a low-potential power supply line is electrically connected to the gate of the
また、本発明の一態様は、図12(A)に示す画素回路177の構成であってもよい。画素回路177は、各トランジスタにバックゲートを設けた構成である。バックゲートに定電圧を印加することで、各トランジスタのしきい値電圧を調整することができる。また、フロントのゲートと同じ電位を印加して、オン電流およびオフ電流を制御してもよい。なお、図12(A)では、全てのトランジスタにバックゲートを設ける構成を示しているが、バックゲートを設けないトランジスタを有していてもよい。
Further, one aspect of the present invention may be the configuration of the
また、本発明の一態様は、図12(B)に示す画素回路178の構成であってもよい。画素回路178は、電荷検出部NDを高電位にリセットして動作させることのできる構成の一例である。
Further, one aspect of the present invention may be the configuration of the
画素回路178では光電変換素子10の接続の向きが逆となり、トランジスタ53がp-ch型となる点が前述した画素回路と異なる。このとき、トランジスタ53は、Siトランジスタとすることが好ましい。また、画素回路178の動作では、配線72を低電位、配線73を高電位とする。
In the
画素回路178では、電荷検出部NDの電位が光の強度が高いときは相対的に低くなり、光の強度が低いときは相対的に高くなる。したがって、トランジスタ53をp-ch型とし、電荷検出部NDの電位が低いときに表示素子11の発光が明るくなるように動作させる。
In the
また、本発明の一態様は、図13(A)に示す画素回路179の構成であってもよい。画素回路179も電荷検出部NDを高電位にリセットして動作させることができる。
Further, one aspect of the present invention may be the configuration of the
画素回路179は、画素回路175の構成に加えて、トランジスタ62および容量素子64を有する。トランジスタ62のソースまたはドレインの一方は、トランジスタ55のゲートと電気的に接続される。容量素子64の一方の電極は、トランジスタ52のソースまたはドレインの他方と電気的に接続される。容量素子64の他方の電極は、トランジスタ55のゲートと電気的に接続される。また、画素回路175とは光電変換素子10の接続の向きが逆となる。
The
トランジスタ62のソースまたはドレインの他方は配線85と電気的に接続され、ゲートは配線84と電気的に接続される。配線85は電源線としての機能を有することができ、高電位を供給することができる。配線84はトランジスタ62のオンオフを制御する信号線としての機能を有することができる。
The other of the source or drain of the
なお、光電変換素子10の一方の電極とトランジスタ52のソースまたはドレインの一方とを接続する配線を電荷蓄積部RD1とする。また、トランジスタ52のソースまたはドレインの他方と容量素子64とを接続する配線を電荷蓄積部RD2とする。
The wiring connecting one electrode of the
次に、図13(B)のタイミングチャートを用いて、画素回路179の基本動作を説明する。なお、以下に説明する一例の動作において、配線75、76、78、80、84には、”H”としてVDD、”L”としてGNDの電位が供給されるものとする。配線72、77、85には、GNDの電位が供給されるものとする。配線73、74、79には、VDDの電位が供給されるものとする。配線81には、任意の電位(画像信号)が供給されるものとする。なお、各配線に上記以外の電位を供給する形態とすることもできる。
Next, the basic operation of the
時刻T1に配線76を”H”、配線75を”H”とし、電荷蓄積部RD1、RD2の電位を第1のリセット電位(VDD)に設定する。このとき、容量素子64による容量結合により電荷検出部NDの電位は上昇するため、トランジスタ53は導通状態となる場合があり、表示素子11は発光することがある。
At time T1, the
時刻T2に配線75を”L”とし、時刻T3に配線76を”L”とすることで、電荷蓄積部RD1の電位が変化し始める。電荷蓄積部RD1の電位は、光電変換素子10に入射した光の強度に応じてVDDから最小でGNDまで変化する。
By setting the
時刻T4に配線75を”H”、配線84を”H”とすると、電荷蓄積部RD2の電位は、電荷蓄積部RD1の電位と同じになる。また、電荷検出部NDの電位は第2のリセット電位に設定される。
Assuming that the
時刻T5に配線84を”L”とすると、容量素子64による容量結合により電荷検出部NDの電位は低下する。
When the
時刻T6に配線76を”H”とすると、電荷蓄積部RD1の電位は第1のリセット電位(VDD)となる。換言すると、電荷蓄積部RD1、RD2の電位は、露光期間(時刻T3から時刻T6までの間)に低下した分だけ上昇する。このとき、電荷検出部NDの電位は、容量素子64による容量結合により電荷蓄積部RD1、RD2の電位の上昇に対応して上昇する。つまり、電荷検出部NDは、露光期間を反映した電位となり、当該電位に応じて表示素子11は発光する。
When the
この動作では、光の強度が高いほど電荷蓄積部RD1、RD2の電位は露光期間に小さくなるため、第1のリセット電位との差が大きくなる。そのため、電荷検出部NDの電位は、光の強度が高いときは相対的に高く、光の強度が低いときは相対的に低くなる。 In this operation, the higher the intensity of light, the smaller the potentials of the charge storage portions RD1 and RD2 during the exposure period, so that the difference from the first reset potential becomes larger. Therefore, the potential of the charge detection unit ND is relatively high when the light intensity is high, and relatively low when the light intensity is low.
したがって、トランジスタ53がn-ch型であっても、画素回路179は電荷検出部NDの電位が高いときに表示素子11の発光が明るくなるように動作させることができる。
Therefore, even if the
なお、T6はT1に対応し、上記動作を繰り返すことで撮像および表示の動作を高速に行うことができる。 In addition, T6 corresponds to T1, and by repeating the above operation, the operation of imaging and display can be performed at high speed.
また、本発明の一態様は、図14(A)に示す画素回路180の構成であってもよい。画素回路180は、トランジスタ等の回路を構成する要素のノイズを相殺する相関二重サンプリングを行うための画素回路の例である。なお、相関二重サンプリングを行うCDS回路は、配線71と電気的に接続して設けられる。相関二重サンプリングは、配線71に取り出された画像信号からリセット時の信号を減算することで行われる。
Further, one aspect of the present invention may be the configuration of the
画素回路180は、画素回路179の容量素子64がトランジスタ61に置き換わった構成である。また、画素回路179とは光電変換素子の接続の向きが逆となる。トランジスタ61のソースまたはドレインの一方は、トランジスタ52のソースまたはドレインの他方と電気的に接続される。トランジスタ61のソースまたはドレインの他方は、トランジスタ55のゲートと電気的に接続される。
The
トランジスタ61のゲートは、配線83と電気的に接続される。配線83はトランジスタ61のオンオフを制御する信号線としての機能を有することができる。
The gate of the
なお、トランジスタ52のソースまたはドレインの他方とトランジスタ61のソースまたはドレインの一方とを接続する配線を電荷蓄積部RDとする。
The wiring connecting the other of the source or drain of the
次に、図14(B)のタイミングチャートを用いて、画素回路180の基本動作を説明する。なお、以下に説明する一例の動作において、配線75、76、78、80、84には、”H”としてVDD、”L”としてGNDの電位が供給されるものとする。配線72、74、79には、VDDの電位が供給されるものとする。配線73、77、85には、GNDの電位が供給されるものとする。配線81には、任意の電位(画像信号)が供給されるものとする。なお、各配線に上記以外の電位を供給する形態とすることもできる。
Next, the basic operation of the
時刻T1に配線76を”H”、配線75を”H”とし、電荷蓄積部RDの電位をリセット電位(GND)に設定する(リセット動作)。
At time T1, the
時刻T2に配線76を”L”とすることで、電荷蓄積部RDの電位が変化し始める(蓄積動作)。電荷蓄積部RDの電位は、光電変換素子10に入射した光の強度に応じてGNDから最大でVDDまで変化する。
By setting the
時刻T3に配線75を”L”とすると、電荷蓄積部RDの電位は確定する。
When the
時刻T4に配線78を”H”、配線84を”H”とすると、電荷検出部NDの電位はリセット電位(GND)となり、配線71にはトランジスタ等のノイズ信号が含まれたリセット電位(GND)が読み出される。このとき、当該リセット電位(GND)はCDS回路に格納される。また、時刻T4において、表示素子11は発光しない。
When the
時刻T5に配線84を”L”とし、時刻T6に配線83を”H”とすると、電荷検出部NDの電位は電荷蓄積部RDの電位となり、配線71にはトランジスタ等のノイズ信号が含まれた画像信号電位が読み出される。また、時刻T5において、表示素子11は電荷検出部NDの電位に応じて発光する。
When the
CDS回路では、トランジスタ等のノイズ信号が含まれた画像信号電位から先に格納したトランジスタ等のノイズ信号が含まれたリセット電位(GND)を減算する動作が行われ、正味の画像信号が取り出される。 In the CDS circuit, the operation of subtracting the reset potential (GND) including the noise signal of the transistor or the like stored earlier from the image signal potential containing the noise signal of the transistor or the like is performed, and the net image signal is taken out. ..
時刻T7に配線83を”L”とし、時刻T8に配線78を”L”とすることで、ノイズを除去した画像データの取り出しが完了する。また、時刻T8は時刻T1に相当し、上記動作を繰り返すことで、撮像および表示の高速動作、およびノイズを除去した画像データの取り出しを行うことができる。
By setting the
なお、本発明の一態様として上記に示した画素回路171乃至180の構成は、任意に組み合わせることができる。
The configurations of the
図15(A)、(B)、(C)は、表示部102に表示される画像の例を説明する図である。例えば、図15(A)に示すような、丘に咲く花や空に浮かぶ飛行船を被写体として撮像したとする。
15 (A), (B), and (C) are diagrams illustrating an example of an image displayed on the
図15(B)は、時刻およびAR表示で被写体の情報を付加した例である。前述したように、表示部で情報を付加して表示するには、背景の画像を上書きするような動作を行う。背景の画像が暗色の場合には、明色で情報を表示すれば視認性は良好であるが、背景が明色である場合には、情報表示の輝度を高くしても視認性を高めることが困難となる。 FIG. 15B is an example in which the subject information is added by the time and AR display. As described above, in order to add information and display it on the display unit, an operation such as overwriting the background image is performed. When the background image is dark, visibility is good if the information is displayed in light color, but when the background is light, visibility is improved even if the brightness of the information display is increased. Becomes difficult.
このような場合には、背景色の補色を用いて情報を表示することが好ましい。例えば、「Airship」や「Sunflower」の文字は、空の青に対する補色またはそれに近いオレンジや黄色で表示することが好ましい。また、時刻の数字は、丘の緑に対する補色またはそれに近い赤や紫で表示することが好ましい。 In such cases, it is preferable to display the information using complementary colors of the background color. For example, the characters "Airship" and "Sunflower" are preferably displayed in a complementary color to blue in the sky or in orange or yellow close to it. In addition, it is preferable that the time numbers are displayed in red or purple, which is a complementary color to the green of the hill or close to it.
また、画素回路176に示した構成を用いれば、選択した画素で撮像と同時の画像表示を停止することができる。したがって、図15(C)に示すように、文字などの情報を表示する領域の背景の撮像画像を非表示(黒表示)とし、情報を明色で表示することで視認性を高めることができる。
Further, by using the configuration shown in the
また、本発明の一態様の撮像表示装置では、シースルー型のディスプレイとは異なり、撮像した画像にAR表示を付加できることから、視認者の位置に対してAR表示の位置調整を行う必要はない。 Further, in the image pickup display device of one aspect of the present invention, unlike the see-through type display, the AR display can be added to the captured image, so that it is not necessary to adjust the position of the AR display with respect to the position of the viewer.
図15(A)に示すような被写体の情報をサーバから得る場合において、未知の被写体では、被写体の画像および周囲の情報をサーバにアップロードし、形状、色、場所、時刻などの情報と膨大なデータベースとの照合などを行って検索結果を得なければならない。したがって、サーバから情報を得る場合は、前述したように被写体のカテゴリーを絞り込んでからサーバでの検索を行うことが好ましい。 When the subject information as shown in FIG. 15A is obtained from the server, for an unknown subject, the image of the subject and the surrounding information are uploaded to the server, and a huge amount of information such as shape, color, place, and time is obtained. Search results must be obtained by collating with the database. Therefore, when obtaining information from the server, it is preferable to narrow down the subject categories as described above and then perform the search on the server.
このようなカテゴリーの絞り込みには、ニューラルネットワークを用いて推定を行うことが好ましい。 In order to narrow down such categories, it is preferable to perform estimation using a neural network.
図16は、ニューラルネットワークで被写体のカテゴリーを推定する動作を説明する図である。入力データE1乃至Ei(iは自然数)は、被写体の画像Pから抽出した形、色、大きさなどの特徴の他、位置、時刻など撮像表示装置で取得できる情報に対応する。 FIG. 16 is a diagram illustrating an operation of estimating a subject category by a neural network. The input data E 1 to E i (i is a natural number) correspond to features such as shape, color, and size extracted from the image P of the subject, as well as information such as position and time that can be acquired by the image pickup display device.
入力データE1乃至Eiは、入力層501のノードF1乃至Fiにそれぞれ入力され、重みづけされた情報が中間層502の第1の層G1に入力される。ここで、中間層502は、G1乃至Gj(jは自然数)までの任意の層数を有する。また、中間層502の各層は、任意のノード数を有する。そして、中間層502の最終層Gjから出力された情報が出力層503に入力される。出力層503は、被写体のカテゴリーの推定結果であるH1乃至Hk(kは自然数)のいずれか、または確率の高いカテゴリー推定結果のいくつかを出力する。
The input data E 1 to E i are input to the nodes F 1 to Fi of the
カテゴリーの推定結果であるH1乃至Hkは、被写体が自然物、人工物または生物であるかなどの大まかなカテゴリーから、被写体が特定される程度の詳細なカテゴリーまでの、どのレベルであってもよい。 The estimation results of the categories, H 1 to H k , are at any level, from a rough category such as whether the subject is a natural object, an artificial object, or a living thing to a detailed category to the extent that the subject is identified. good.
そして、被写体の画像P、入力データE1乃至Eiおよびカテゴリーの推定結果をサーバ505に送信し、被写体の情報を検索する。推定結果が詳細であるほどサーバ505での検索に要するデータベースを絞り込めるため、検索時間を短くすることができる。
Then, the image P of the subject, the input data E1 to Ei , and the estimation result of the category are transmitted to the
ただし、撮像表示装置ではニューラルネットワークのチップ面積や処理速度に制限があるため、カテゴリーの推定は必要最小限とし、サーバ505と連携して利用することが好ましい。例えば、サーバ505が有するデータベースに情報がある前提において、被写体が建物であるならば、カテゴリーが建物であるという推定結果と、画像と、位置情報があれば十分に精度の高い情報を高速に得ることができる。また、被写体が人であるならば、カテゴリーが人(性別、身長、年齢などの情報を含む)であるという推定結果と、画像(顔を含むことが好ましい)があれば個人を高速に特定することも可能である。
However, since the image pickup display device has restrictions on the chip area and processing speed of the neural network, it is preferable to estimate the category to the minimum necessary and use it in cooperation with the
次に、本発明の一態様に用いることのできるニューラルネットワークの構成例について、図17(A)乃至(C)を用いて詳細を説明する。ニューラルネットワークNNは、ニューロン回路と、ニューロン回路間に設けられたシナプス回路によって構成される。 Next, a configuration example of a neural network that can be used in one aspect of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 17A to 17C. The neural network NN is composed of a neuron circuit and a synaptic circuit provided between the neuron circuits.
図17(A)は、ニューラルネットワークNNを構成するニューロン回路NCとシナプス回路SCの構成例である。シナプス回路SCには、入力データx1乃至xL(Lは自然数)が入力される。また、シナプス回路SCは、重み係数wk(kは1以上L以下の整数)を記憶する機能を有する。重み係数wkは、ニューロン回路NC間の結合の強さに対応する。 FIG. 17A is a configuration example of the neuron circuit NC and the synapse circuit SC constituting the neural network NN. Input data x 1 to x L (L is a natural number) are input to the synapse circuit SC. Further, the synapse circuit SC has a function of storing a weighting coefficient w k (k is an integer of 1 or more and L or less). The weighting factor w k corresponds to the strength of the connection between the neuron circuits NC.
シナプス回路SCに入力データx1乃至xLが入力されると、ニューロン回路NCには、シナプス回路SCに入力された入力データxkと、シナプス回路SCに記憶された重み係数wkとの積(xkwk)を、k=1乃至Lについて足し合わせた値(x1w1+x2w2+…+xLwL)、すなわち、xkとwkを用いた積和演算によって得られた値が供給される。この値がニューロン回路NCのしきい値θを超えた場合、ニューロン回路NCはハイレベルの信号yを出力する。この現象をニューロン回路NCの発火と呼ぶ。 When the input data x 1 to x L are input to the synaptic circuit SC, the neuron circuit NC is the product of the input data x k input to the synaptic circuit SC and the weighting coefficient w k stored in the synaptic circuit SC. (X k w k ) is obtained by adding up values (x 1 w 1 + x 2 w 2 + ... + x L w L ) for k = 1 to L, that is, by a product-sum operation using x k and w k . The given value is supplied. When this value exceeds the threshold value θ of the neuron circuit NC, the neuron circuit NC outputs a high-level signal y. This phenomenon is called firing of the neuron circuit NC.
図17(B)にニューラルネットワークNNのモデルの一例を示す。ニューラルネットワークNNは、ニューロン回路NCとシナプス回路SCを用いた階層型パーセプトロンの構成を有し、入力層IL、隠れ層(中間層)HL、出力層OLを有する。 FIG. 17B shows an example of a model of the neural network NN. The neural network NN has a hierarchical perceptron configuration using a neuron circuit NC and a synaptic circuit SC, and has an input layer IL, a hidden layer (intermediate layer) HL, and an output layer OL.
入力層ILは隠れ層HLに対して、入力データx1乃至xLを出力することができる。隠れ層HLは、隠れシナプス回路HS、隠れニューロン回路HNを有する。出力層OLは、出力シナプス回路OS、出力ニューロン回路ONを有する。 The input layer IL can output the input data x 1 to x L to the hidden layer HL. The hidden layer HL has a hidden synaptic circuit HS and a hidden neuron circuit HN. The output layer OL has an output synapse circuit OS and an output neuron circuit ON.
隠れニューロン回路HNには、入力データxkと、隠れシナプス回路HSに保持された重み係数wkと、を用いた積和演算によって得られた値が供給される。そして、出力ニューロン回路ONには、隠れニューロン回路HNの出力と、出力シナプス回路OSに保持された重み係数wkを用いた積和演算によって得られた値が供給される。そして、出力ニューロン回路ONから、出力データy1乃至yLが出力される。 The hidden neuron circuit HN is supplied with a value obtained by a product-sum operation using the input data x k and the weighting coefficient w k held in the hidden synapse circuit HS. Then, the output of the hidden neuron circuit HN and the value obtained by the product-sum operation using the weighting coefficient wk held in the output synapse circuit OS are supplied to the output neuron circuit ON. Then, the output data y1 to yL are output from the output neuron circuit ON.
このように、所定の入力データが与えられたニューラルネットワークNNは、シナプス回路SCに保持された重み係数と、ニューロン回路のしきい値θに応じた値を、出力データとして出力する機能を有する。 As described above, the neural network NN to which the predetermined input data is given has a function of outputting the weighting coefficient held in the synapse circuit SC and the value corresponding to the threshold value θ of the neuron circuit as output data.
また、ニューラルネットワークNNは、教師データの入力によって教師あり学習を行うことができる。図17(C)に、誤差逆伝播法を利用して教師あり学習を行うニューラルネットワークNNのモデルを示す。 Further, the neural network NN can perform supervised learning by inputting teacher data. FIG. 17C shows a model of a neural network NN that performs supervised learning using the backpropagation method.
誤差逆伝播法は、ニューラルネットワークの出力データと教師信号の誤差が小さくなるように、シナプス回路の重み係数wkを変更する方式である。具体的には、出力データy1乃至yLと教師データt1乃至tLに基づいて決定される誤差δOに応じて、隠れシナプス回路HSの重み係数wkが変更される。また、隠れシナプス回路HSの重み係数wkの変更量に応じて、さらに前段のシナプス回路SCの重み係数wkが変更される。このように、教師データt1乃至tLに基づいて、シナプス回路SCの重み係数を順次変更することにより、ニューラルネットワークNNの学習を行うことができる。 The error back propagation method is a method of changing the weighting coefficient wk of the synaptic circuit so that the error between the output data of the neural network and the teacher signal becomes small. Specifically, the weighting coefficient w k of the hidden synaptic circuit HS is changed according to the error δ O determined based on the output data y 1 to y L and the teacher data t 1 to t L. Further, the weighting coefficient wk of the synaptic circuit SC in the previous stage is further changed according to the amount of change of the weighting coefficient wk of the hidden synaptic circuit HS. In this way, the neural network NN can be learned by sequentially changing the weighting coefficient of the synaptic circuit SC based on the teacher data t 1 to t L.
図17に示すニューラルネットワークの構成は、図2におけるニューラルネットワーク207に用いることができる。また、ニューラルネットワーク207の学習には、上記の誤差逆伝播法を用いることができる。 The neural network configuration shown in FIG. 17 can be used for the neural network 207 in FIG. Further, the above error back propagation method can be used for learning the neural network 207.
なお、図17(B)、(C)には1層の隠れ層HLを示しているが、隠れ層HLの層数は2以上とすることができる。隠れ層HLを2層以上有するニューラルネットワーク(ディープニューラルネットワーク(DNN))を用いることにより、深層学習を行うことができる。これにより、画像生成の精度を高めることができる。 Although FIGS. 17B and 17C show one hidden layer HL, the number of hidden layer HL can be two or more. Deep learning can be performed by using a neural network (deep neural network (DNN)) having two or more hidden layers HL. This makes it possible to improve the accuracy of image generation.
以上の説明の通り、本発明の一態様を用いることで被写体の情報を速やかに得ることができ、現実との整合性が良好なAR表示を行うことができる。 As described above, by using one aspect of the present invention, information on the subject can be quickly obtained, and AR display with good consistency with reality can be performed.
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。 This embodiment can be appropriately combined with the description of other embodiments.
(実施の形態2)
本実施の形態では、上記実施の形態で説明したニューラルネットワークに用いることができる半導体装置の構成例について説明する。
(Embodiment 2)
In this embodiment, a configuration example of a semiconductor device that can be used for the neural network described in the above embodiment will be described.
ニューラルネットワークがハードウェアによって構成される場合、ニューラルネットワークにおける積和演算は、積和演算素子を用いて行うことができる。本実施の形態では、ニューラルネットワーク207における積和演算素子として用いることができる半導体装置の構成例について説明する。 When the neural network is configured by hardware, the product-sum operation in the neural network can be performed by using the product-sum calculation element. In this embodiment, a configuration example of a semiconductor device that can be used as a product-sum calculation element in the neural network 207 will be described.
<半導体装置の構成例>
半導体装置600の構成の一例を図18に示す。図18に示す半導体装置600は、記憶回路610(MEM)と、参照用記憶回路620(RMEM)と、回路630と、回路640と、を有する。半導体装置600は、さらに電流源回路650(CREF)を有していても良い。
<Semiconductor device configuration example>
An example of the configuration of the
記憶回路610(MEM)は、メモリセルMC[i、j]、メモリセルMC[i+1、j]で例示されるメモリセルMCを有する。また、各メモリセルMCは、入力された電位を電流に変換する機能を有する素子を有する。上記機能を有する素子として、例えばトランジスタなどの能動素子を用いることができる。図18では、各メモリセルMCがトランジスタTr11を有する場合を例示している。 The storage circuit 610 (MEM) has a memory cell MC exemplified by the memory cell MC [i, j] and the memory cell MC [i + 1, j]. Further, each memory cell MC has an element having a function of converting an input potential into a current. As an element having the above function, an active element such as a transistor can be used. FIG. 18 illustrates a case where each memory cell MC has a transistor Tr11.
そして、メモリセルMCには、配線WD[j]で例示される配線WDから第1のアナログ電位が入力される。第1のアナログ電位は、第1のアナログデータに対応する。そして、メモリセルMCは、第1のアナログ電位に応じた第1のアナログ電流を生成する機能を有する。具体的には、トランジスタTr11のゲートに第1のアナログ電位を供給したときに得られるトランジスタTr11のドレイン電流を、第1のアナログ電流とすることができる。なお、以下、メモリセルMC[i、j]に流れる電流をI[i、j]とし、メモリセルMC[i+1、j]に流れる電流をI[i+1、j]とする。 Then, the first analog potential is input to the memory cell MC from the wiring WD exemplified by the wiring WD [j]. The first analog potential corresponds to the first analog data. The memory cell MC has a function of generating a first analog current corresponding to the first analog potential. Specifically, the drain current of the transistor Tr11 obtained when the first analog potential is supplied to the gate of the transistor Tr11 can be used as the first analog current. Hereinafter, the current flowing through the memory cell MC [i, j] is referred to as I [i, j], and the current flowing through the memory cell MC [i + 1, j] is referred to as I [i + 1, j].
なお、トランジスタTr11が飽和領域で動作する場合、そのドレイン電流はソースとドレイン間の電圧に依存せず、ゲート電圧としきい値電圧の差分によって制御される。よって、トランジスタTr11は飽和領域で動作させることが望ましい。トランジスタTr11を飽和領域で動作させるために、そのゲート電圧、ソースとドレイン間の電圧は、飽和領域で動作する範囲の電圧に適切に設定されているものとする。 When the transistor Tr11 operates in the saturation region, its drain current does not depend on the voltage between the source and drain, but is controlled by the difference between the gate voltage and the threshold voltage. Therefore, it is desirable to operate the transistor Tr11 in the saturation region. In order to operate the transistor Tr11 in the saturation region, it is assumed that the gate voltage and the voltage between the source and the drain are appropriately set to the voltage in the range in which the transistor Tr11 operates in the saturation region.
具体的に、図18に示す半導体装置600では、メモリセルMC[i、j]に配線WD[j]から第1のアナログ電位Vx[i、j]または第1のアナログ電位Vx[i、j]に応じた電位が入力される。メモリセルMC[i、j]は、第1のアナログ電位Vx[i、j]に応じた第1のアナログ電流を生成する機能を有する。すなわち、この場合、メモリセルMC[i、j]の電流I[i、j]は、第1のアナログ電流に相当する。
Specifically, in the
また、具体的に、図18に示す半導体装置600では、メモリセルMC[i+1、j]に配線WD[j]から第1のアナログ電位Vx[i+1、j]または第1のアナログ電位Vx[i+1、j]に応じた電位が入力される。メモリセルMC[i+1、j]は、第1のアナログ電位Vx[i+1、j]に応じた第1のアナログ電流を生成する機能を有する。すなわち、この場合、メモリセルMC[i+1、j]の電流I[i+1、j]は、第1のアナログ電流に相当する。
Specifically, in the
そして、メモリセルMCは、第1のアナログ電位を保持する機能を有する。すなわち、メモリセルMCは、第1のアナログ電位を保持することで、第1のアナログ電位に応じた第1のアナログ電流を保持する機能を有するといえる。 The memory cell MC has a function of holding the first analog potential. That is, it can be said that the memory cell MC has a function of holding the first analog current corresponding to the first analog potential by holding the first analog potential.
また、メモリセルMCには、配線RW[i]、配線RW[i+1]で例示される配線RWから第2のアナログ電位が入力される。第2のアナログ電位は、第2のアナログデータに対応する。メモリセルMCは、既に保持されている第1のアナログ電位に、第2のアナログ電位あるいは第2のアナログ電位に応じた電位を加算する機能と、加算することで得られる第3のアナログ電位を保持する機能とを有する。そして、メモリセルMCは、第3のアナログ電位に応じた第2のアナログ電流を生成する機能を有する。すなわち、メモリセルMCは、第3のアナログ電位を保持することで、第3のアナログ電位に応じた第2のアナログ電流を保持する機能を有するといえる。 Further, a second analog potential is input to the memory cell MC from the wiring RW exemplified by the wiring RW [i] and the wiring RW [i + 1]. The second analog potential corresponds to the second analog data. The memory cell MC has a function of adding a potential corresponding to a second analog potential or a second analog potential to the already held first analog potential, and a third analog potential obtained by the addition. It has a function to hold. Then, the memory cell MC has a function of generating a second analog current corresponding to the third analog potential. That is, it can be said that the memory cell MC has a function of holding a second analog current corresponding to the third analog potential by holding the third analog potential.
具体的に、図18に示す半導体装置600では、メモリセルMC[i、j]に配線RW[i]から第2のアナログ電位Vw[i、j]が入力される。そして、メモリセルMC[i、j]は、第1のアナログ電位Vx[i、j]および第2のアナログ電位Vw[i、j]に応じた第3のアナログ電位を保持する機能を有する。そして、メモリセルMC[i、j]は、第3のアナログ電位に応じた第2のアナログ電流を生成する機能を有する。すなわち、この場合、メモリセルMC[i、j]の電流I[i、j]は、第2のアナログ電流に相当する。
Specifically, in the
また、図18に示す半導体装置600では、メモリセルMC[i+1、j]に配線RW[i+1]から第2のアナログ電位Vw[i+1、j]が入力される。そして、メモリセルMC[i+1、j]は、第1のアナログ電位Vx[i+1、j]および第2のアナログ電位Vw[i+1、j]に応じた第3のアナログ電位を保持する機能を有する。そして、メモリセルMC[i+1、j]は、第3のアナログ電位に応じた第2のアナログ電流を生成する機能を有する。すなわち、この場合、メモリセルMC[i+1、j]の電流I[i+1、j]は、第2のアナログ電流に相当する。
Further, in the
そして、電流I[i、j]は、メモリセルMC[i、j]を介して配線BL[j]と配線VR[j]の間を流れる。電流I[i+1、j]は、メモリセルMC[i+1、j]を介して配線BL[j]と配線VR[j]の間を流れる。よって、電流I[i、j]と電流I[i+1、j]との和に相当する電流I[j]が、メモリセルMC[i、j]およびメモリセルMC[i+1、j]を介して配線BL[j]と配線VR[j]の間を流れることとなる。 Then, the current I [i, j] flows between the wiring BL [j] and the wiring VR [j] via the memory cell MC [i, j]. The current I [i + 1, j] flows between the wiring BL [j] and the wiring VR [j] via the memory cells MC [i + 1, j]. Therefore, the current I [j] corresponding to the sum of the current I [i, j] and the current I [i + 1, j] passes through the memory cell MC [i, j] and the memory cell MC [i + 1, j]. It will flow between the wiring BL [j] and the wiring VR [j].
参照用記憶回路620(RMEM)は、メモリセルMCR[i]、メモリセルMCR[i+1]で例示されるメモリセルMCRを有する。メモリセルMCRには、配線WDREFから第1の参照電位VPRが入力される。そして、メモリセルMCRは、第1の参照電位VPRに応じた第1の参照電流を生成する機能を有する。なお、以下、メモリセルMCR[i]に流れる電流をIREF[i]とし、メモリセルMCR[i+1]に流れる電流をIREF[i+1]とする。 The reference storage circuit 620 (RMEM) has a memory cell MCR exemplified by the memory cell MCR [i] and the memory cell MCR [i + 1]. The first reference potential VPR is input to the memory cell MCR from the wiring WDREF. Then, the memory cell MCR has a function of generating a first reference current corresponding to the first reference potential VPR. Hereinafter, the current flowing through the memory cell MCR [i] is referred to as IREF [i], and the current flowing through the memory cell MCR [i + 1] is referred to as IREF [i + 1].
そして、具体的に、図18に示す半導体装置600では、メモリセルMCR[i]に配線WDREFから第1の参照電位VPRが入力される。メモリセルMCR[i]は、第1の参照電位VPRに応じた第1の参照電流を生成する機能を有する。すなわち、この場合、メモリセルMCR[i]の電流IREF[i]は、第1の参照電流に相当する。
Specifically, in the
また、図18に示す半導体装置600では、メモリセルMCR[i+1]に配線WDREFから第1の参照電位VPRが入力される。メモリセルMCR[i+1]は、第1の参照電位VPRに応じた第1の参照電流を生成する機能を有する。すなわち、この場合、メモリセルMCR[i+1]の電流IREF[i+1]は、第1の参照電流に相当する。
Further, in the
そして、メモリセルMCRは、第1の参照電位VPRを保持する機能を有する。すなわち、メモリセルMCRは、第1の参照電位VPRを保持することで、第1の参照電位VPRに応じた第1の参照電流を保持する機能を有すると言える。 The memory cell MCR has a function of holding the first reference potential VPR. That is, it can be said that the memory cell MCR has a function of holding the first reference current corresponding to the first reference potential VPR by holding the first reference potential VPR.
また、メモリセルMCRには、配線RW[i]、配線RW[i+1]で例示される配線RWから第2のアナログ電位が入力される。メモリセルMCRは、既に保持されている第1の参照電位VPRに、第2のアナログ電位あるいは第2のアナログ電位に応じた電位を加算し、加算することで得られる第2の参照電位を保持する機能を有する。そして、メモリセルMCRは、第2の参照電位に応じた第2の参照電流を生成する機能を有する。すなわち、メモリセルMCRは、第2の参照電位を保持することで、第2の参照電位に応じた第2の参照電流を保持する機能を有すると言える。 Further, a second analog potential is input to the memory cell MCR from the wiring RW exemplified by the wiring RW [i] and the wiring RW [i + 1]. The memory cell MCR holds the second reference potential obtained by adding the potential corresponding to the second analog potential or the second analog potential to the already held first reference potential VPR and adding the potentials. Has the function of Then, the memory cell MCR has a function of generating a second reference current according to the second reference potential. That is, it can be said that the memory cell MCR has a function of holding the second reference current corresponding to the second reference potential by holding the second reference potential.
具体的に、図18に示す半導体装置600では、メモリセルMCR[i]に配線RW[i]から第2のアナログ電位Vw[i、j]が入力される。そして、メモリセルMCR[i]は、第1の参照電位VPRおよび第2のアナログ電位Vw[i、j]に応じた第2の参照電位を保持する機能を有する。そして、メモリセルMCR[i]は、第2の参照電位に応じた第2の参照電流を生成する機能を有する。すなわち、この場合、メモリセルMCR[i]の電流IREF[i]は、第2の参照電流に相当する。
Specifically, in the
また、図18に示す半導体装置600では、メモリセルMCR[i+1]に配線RW[i+1]から第2のアナログ電位Vw[i+1、j]が入力される。そして、メモリセルMCR[i+1]は、第1の参照電位VPRおよび第2のアナログ電位Vw[i+1、j]に応じた第2の参照電位を保持する機能を有する。そして、メモリセルMCR[i+1]は、第2の参照電位に応じた第2の参照電流を生成する機能を有する。すなわち、この場合、メモリセルMCR[i+1]の電流IREF[i+1]は、第2の参照電流に相当する。
Further, in the
そして、電流IREF[i]は、メモリセルMCR[i]を介して配線BLREFと配線VRREFの間を流れる。電流IREF[i+1]は、メモリセルMCR[i+1]を介して配線BLREFと配線VRREFの間を流れる。よって、電流IREF[i]と電流IREF[i+1]との和に相当する電流IREFが、メモリセルMCR[i]およびメモリセルMCR[i+1]を介して配線BLREFと配線VRREFの間を流れることとなる。 Then, the current IREF [i] flows between the wiring BLREF and the wiring VRREF via the memory cell MCR [i]. The current IREF [i + 1] flows between the wiring BLREF and the wiring VRREF via the memory cell MCR [i + 1]. Therefore, the current IREF corresponding to the sum of the current IREF [i] and the current IREF [i + 1] flows between the wiring BLREF and the wiring VRREF via the memory cell MCR [i] and the memory cell MCR [i + 1]. Become.
電流源回路650は、配線BLREFに流れる電流IREFと同じ値の電流、もしくは電流IREFに対応する電流を、配線BLに供給する機能を有する。そして、後述するオフセットの電流を設定する際には、メモリセルMC[i、j]およびメモリセルMC[i+1、j]を介して配線BL[j]と配線VR[j]の間を流れる電流I[j]が、メモリセルMCR[i]およびメモリセルMCR[i+1]を介して配線BLREFと配線VRREFの間を流れる電流IREFと異なる場合、差分の電流は回路630または回路640に流れる。回路630は電流ソース回路としての機能を有し、回路640は電流シンク回路としての機能を有する。
The
具体的に、電流I[j]が電流IREFよりも大きい場合、回路630は、電流I[j]と電流IREFの差分に相当する電流ΔI[j]を生成する機能を有する。また、回路630は、生成した電流ΔI[j]を配線BL[j]に供給する機能を有する。すなわち、回路630は、電流ΔI[j]を保持する機能を有すると言える。
Specifically, when the current I [j] is larger than the current IREF, the
また、電流I[j]が電流IREFよりも小さい場合、回路640は、電流I[j]と電流IREFの差分に相当する電流ΔI[j]の絶対値に相当する電流を生成する機能を有する。また、回路640は、生成した電流ΔI[j]を配線BL[j]から引き込む機能を有する。すなわち、回路640は、電流ΔI[j]を保持する機能を有すると言える。
Further, when the current I [j] is smaller than the current IREF, the
次いで、図18に示す半導体装置600の動作の一例について説明する。
Next, an example of the operation of the
まず、メモリセルMC[i、j]に第1のアナログ電位に応じた電位を格納する。具体的には、第1の参照電位VPRから第1のアナログ電位Vx[i、j]を差し引いた電位VPR-Vx[i、j]が、配線WD[j]を介してメモリセルMC[i、j]に入力される。メモリセルMC[i、j]では、電位VPR-Vx[i、j]が保持される。また、メモリセルMC[i、j]では、電位VPR-Vx[i、j]に応じた電流I[i、j]が生成される。例えば第1の参照電位VPRは、接地電位よりも高い電位とする。具体的には、接地電位よりも高く、電流源回路650に供給されるハイレベルの電位VDDと同程度か、それ以下の電位であることが望ましい。
First, the potential corresponding to the first analog potential is stored in the memory cell MC [i, j]. Specifically, the potential VPR-Vx [i, j] obtained by subtracting the first analog potential Vx [i, j] from the first reference potential VPR is the memory cell MC [i] via the wiring WD [j]. , J]. In the memory cell MC [i, j], the potential VPR-Vx [i, j] is held. Further, in the memory cell MC [i, j], a current I [i, j] corresponding to the potential VPR-Vx [i, j] is generated. For example, the first reference potential VPR is set to a potential higher than the ground potential. Specifically, it is desirable that the potential is higher than the ground potential and equal to or lower than the high-level potential VDD supplied to the
また、メモリセルMCR[i]に第1の参照電位VPRを格納する。具体的には、電位VPRが、配線WDREFを介してメモリセルMCR[i]に入力される。メモリセルMCR[i]では、電位VPRが保持される。また、メモリセルMCR[i]では、電位VPRに応じた電流IREF[i]が生成される。 Further, the first reference potential VPR is stored in the memory cell MCR [i]. Specifically, the potential VPR is input to the memory cell MCR [i] via the wiring WDREF. The potential VPR is held in the memory cell MCR [i]. Further, in the memory cell MCR [i], the current IREF [i] corresponding to the potential VPR is generated.
また、メモリセルMC[i+1、j]に第1のアナログ電位に応じた電位を格納する。具体的には、第1の参照電位VPRから第1のアナログ電位Vx[i+1、j]を差し引いた電位VPR-Vx[i+1、j]が、配線WD[j]を介してメモリセルMC[i+1、j]に入力される。メモリセルMC[i+1、j]では、電位VPR-Vx[i+1、j]が保持される。また、メモリセルMC[i+1、j]では、電位VPR-Vx[i+1、j]に応じた電流I[i+1、j]が生成される。 Further, the potential corresponding to the first analog potential is stored in the memory cell MC [i + 1, j]. Specifically, the potential VPR-Vx [i + 1, j] obtained by subtracting the first analog potential Vx [i + 1, j] from the first reference potential VPR is the memory cell MC [i + 1] via the wiring WD [j]. , J]. In the memory cell MC [i + 1, j], the potential VPR-Vx [i + 1, j] is held. Further, in the memory cell MC [i + 1, j], a current I [i + 1, j] corresponding to the potential VPR-Vx [i + 1, j] is generated.
また、メモリセルMCR[i+1]に第1の参照電位VPRを格納する。具体的には、電位VPRが、配線WDREFを介してメモリセルMCR[i+1]に入力される。メモリセルMCR[i+1]では、電位VPRが保持される。また、メモリセルMCR[i+1]では、電位VPRに応じた電流IREF[i+1]が生成される。 Further, the first reference potential VPR is stored in the memory cell MCR [i + 1]. Specifically, the potential VPR is input to the memory cell MCR [i + 1] via the wiring WDREF. The potential VPR is held in the memory cell MCR [i + 1]. Further, in the memory cell MCR [i + 1], a current IREF [i + 1] corresponding to the potential VPR is generated.
上記動作において、配線RW[i]および配線RW[i+1]は基準電位とする。例えば、基準電位として接地電位、基準電位よりも低いローレベルの電位VSSなどを用いることができる。あるいは、基準電位として電位VSSと電位VDDの間の電位を用いると、第2のアナログ電位Vwを正負にしても、配線RWの電位を基準電位よりも高くできるので信号の生成を容易にすることができ、正負のアナログデータに対する積演算が可能になるので好ましい。 In the above operation, the wiring RW [i] and the wiring RW [i + 1] are set to the reference potential. For example, as the reference potential, a ground potential, a low level potential VSS lower than the reference potential, or the like can be used. Alternatively, if a potential between the potential VSS and the potential VDD is used as the reference potential, the potential of the wiring RW can be made higher than the reference potential even if the second analog potential Vw is positive or negative, so that signal generation can be facilitated. This is preferable because it enables product calculation for positive and negative analog data.
上記動作により、配線BL[j]には、配線BL[j]に接続されたメモリセルMCにおいてそれぞれ生成される電流を合わせた電流が、流れることとなる。具体的に図18では、メモリセルMC[i、j]で生成される電流I[i、j]と、メモリセルMC[i+1、j]で生成される電流I[i+1、j]とを合わせた電流I[j]が流れる。また、上記動作により、配線BLREFには、配線BLREFに接続されたメモリセルMCRにおいてそれぞれ生成される電流を合わせた電流が、流れることとなる。具体的に図18では、メモリセルMCR[i]で生成される電流IREF[i]と、メモリセルMCR[i+1]で生成される電流IREF[i+1]とを合わせた電流IREFが流れる。 By the above operation, a current including the currents generated in the memory cells MC connected to the wiring BL [j] flows through the wiring BL [j]. Specifically, in FIG. 18, the current I [i, j] generated by the memory cell MC [i, j] and the current I [i + 1, j] generated by the memory cell MC [i + 1, j] are combined. The current I [j] flows. Further, by the above operation, a current including the currents generated in the memory cells MCR connected to the wiring BLREF will flow through the wiring BLREF. Specifically, in FIG. 18, a current IREF that is a combination of the current IREF [i] generated by the memory cell MCR [i] and the current IREF [i + 1] generated by the memory cell MCR [i + 1] flows.
次いで、配線RW[i]および配線RW[i+1]の電位を基準電位としたまま、第1のアナログ電位を入力することによって得られる電流I[j]と第1の参照電位を入力することによって得られる電流IREFとの差分から得られるオフセットの電流Ioffset[j]を、回路630または回路640において保持する。
Next, by inputting the current I [j] obtained by inputting the first analog potential and the first reference potential while keeping the potentials of the wiring RW [i] and the wiring RW [i + 1] as the reference potentials. The offset current OFFset [j] obtained from the difference from the obtained current IREF is held in the
具体的に、電流I[j]が電流IREFよりも大きい場合、回路630は電流Ioffset[j]を配線BL[j]に供給する。すなわち、回路630に流れる電流ICM[j]は電流Ioffset[j]に相当することとなる。そして、当該電流ICM[j]の値は回路630において保持される。また、電流I[j]が電流IREFよりも小さい場合、回路640は電流Ioffset[j]を配線BL[j]から引き込む。すなわち、回路640に流れる電流ICP[j]は電流Ioffset[j]に相当することとなる。そして、当該電流ICP[j]の値は回路640において保持される。
Specifically, when the current I [j] is larger than the current IREF, the
次いで、既にメモリセルMC[i、j]において保持されている第1のアナログ電位または第1のアナログ電位に応じた電位に加算するように、第2のアナログ電位または第2のアナログ電位に応じた電位をメモリセルMC[i、j]に格納する。具体的には、配線RW[i]の電位を基準電位に対してVw[i]だけ高い電位とすることで、第2のアナログ電位Vw[i]が、配線RW[i]を介してメモリセルMC[i、j]に入力される。メモリセルMC[i、j]では、電位VPR-Vx[i、j]+Vw[i]が保持される。また、メモリセルMC[i、j]では、電位VPR-Vx[i、j]+Vw[i]に応じた電流I[i、j]が生成される。 Then, depending on the second analog potential or the second analog potential so as to add to the potential corresponding to the first analog potential or the first analog potential already held in the memory cell MC [i, j]. The potential is stored in the memory cell MC [i, j]. Specifically, by setting the potential of the wiring RW [i] to a potential higher than the reference potential by Vw [i], the second analog potential Vw [i] becomes a memory via the wiring RW [i]. It is input to the cell MC [i, j]. In the memory cell MC [i, j], the potential VPR-Vx [i, j] + Vw [i] is held. Further, in the memory cell MC [i, j], a current I [i, j] corresponding to the potential VPR-Vx [i, j] + Vw [i] is generated.
また、既にメモリセルMC[i+1、j]において保持されている第1のアナログ電位または第1のアナログ電位に応じた電位に加算するように、第2のアナログ電位または第2のアナログ電位に応じた電位をメモリセルMC[i+1、j]に格納する。具体的には、配線RW[i+1]の電位を基準電位に対してVw[i+1]だけ高い電位とすることで、第2のアナログ電位Vw[i+1]が、配線RW[i+1]を介してメモリセルMC[i+1、j]に入力される。メモリセルMC[i+1、j]では、電位VPR-Vx[i+1、j]+Vw[i+1]が保持される。また、メモリセルMC[i+1、j]では、電位VPR-Vx[i+1、j]+Vw[i+1]に応じた電流I[i+1、j]が生成される。 Further, according to the second analog potential or the second analog potential so as to be added to the potential corresponding to the first analog potential or the first analog potential already held in the memory cell MC [i + 1, j]. The potential is stored in the memory cell MC [i + 1, j]. Specifically, by setting the potential of the wiring RW [i + 1] to a potential higher than the reference potential by Vw [i + 1], the second analog potential Vw [i + 1] becomes a memory via the wiring RW [i + 1]. It is input to the cell MC [i + 1, j]. In the memory cell MC [i + 1, j], the potential VPR-Vx [i + 1, j] + Vw [i + 1] is held. Further, in the memory cell MC [i + 1, j], a current I [i + 1, j] corresponding to the potential VPR-Vx [i + 1, j] + Vw [i + 1] is generated.
なお、電位を電流に変換する素子として飽和領域で動作するトランジスタTr11を用いる場合、配線RW[i]の電位がVw[i]であり、配線RW[i+1]の電位がVw[i+1]であると仮定すると、メモリセルMC[i、j]が有するトランジスタTr11のドレイン電流が電流I[i、j]に相当するので、第2のアナログ電流は以下の式1で表される。なお、kは係数、VthはトランジスタTr11のしきい値電圧である。
When the transistor Tr11 operating in the saturation region is used as an element for converting the potential into a current, the potential of the wiring RW [i] is Vw [i] and the potential of the wiring RW [i + 1] is Vw [i + 1]. Assuming that, since the drain current of the transistor Tr11 of the memory cell MC [i, j] corresponds to the current I [i, j], the second analog current is expressed by the
I[i、j]=k(Vw[i]-Vth+VPR-Vx[i、j])2 (式1) I [i, j] = k (Vw [i] -Vth + VPR-Vx [i, j]) 2 (Equation 1)
また、メモリセルMCR[i]が有するトランジスタTr11のドレイン電流が電流IREF[i]に相当するので、第2の参照電流は以下の式2で表される。
Further, since the drain current of the transistor Tr11 of the memory cell MCR [i] corresponds to the current IREF [i], the second reference current is represented by the
IREF[i]=k(Vw[i]-Vth+VPR)2 (式2) IREF [i] = k (Vw [i] -Vth + VPR) 2 (Equation 2)
そして、メモリセルMC[i、j]に流れる電流I[i、j]と、メモリセルMC[i+1、j]に流れる電流I[i+1、j]の和に相当する電流I[j]は、I[j]=ΣiI[i、j]であり、メモリセルMCR[i]に流れる電流IREF[i]と、メモリセルMCR[i+1]に流れる電流IREF[i+1]の和に相当する電流IREFは、IREF=ΣiIREF[i]となり、その差分に相当する電流ΔI[j]は以下の式3で表される。 Then, the current I [j] corresponding to the sum of the current I [i, j] flowing in the memory cell MC [i, j] and the current I [i + 1, j] flowing in the memory cell MC [i + 1, j] is I [j] = Σ i I [i, j], and the current corresponding to the sum of the current IREF [i] flowing in the memory cell MCR [i] and the current IREF [i + 1] flowing in the memory cell MCR [i + 1]. The IREF is IREF = Σ i IREF [i], and the current ΔI [j] corresponding to the difference is expressed by the following equation 3.
ΔI[j]=IREF-I[j]=ΣiIREF[i]-ΣiI[i、j] (式3) ΔI [j] = IREF-I [j] = Σ i IREF [i] -Σ i I [i, j] (Equation 3)
式1、式2、式3から、電流ΔI[j]は以下の式4のように導き出される。
From
ΔI[j]
=Σi{k(Vw[i]-Vth+VPR)2-k(Vw[i]-Vth+VPR-Vx[i、j])2}
=2kΣi(Vw[i]・Vx[i、j])-2kΣi(Vth-VPR)・Vx[i、j]-kΣiVx[i、j]2 (式4)
ΔI [j]
= Σ i {k (Vw [i] -Vth + VPR) 2 -k (Vw [i] -Vth + VPR-Vx [i, j]) 2 }
= 2kΣ i (Vw [i], Vx [i, j])-2kΣ i (Vth-VPR), Vx [i, j] -kΣ i Vx [i, j] 2 (Equation 4)
式4において、2kΣi(Vw[i]・Vx[i、j])で示される項は、第1のアナログ電位Vx[i、j]および第2のアナログ電位Vw[i]の積と、第1のアナログ電位Vx[i+1、j]および第2のアナログ電位Vw[i+1]の積と、の和に相当する。 In Equation 4, the term represented by 2kΣ i (Vw [i] · Vx [i, j]) is the product of the first analog potential Vx [i, j] and the second analog potential Vw [i]. It corresponds to the sum of the product of the first analog potential Vx [i + 1, j] and the second analog potential Vw [i + 1].
また、Ioffset[j]は、配線RW[i]の電位を全て基準電位としたとき、すなわち第2のアナログ電位Vw[i]を0、第2のアナログ電位Vw[i+1]を0としたときの電流ΔI[j]とすると、式4から、以下の式5が導き出される。 Further, Office [j] is when all the potentials of the wiring RW [i] are set as reference potentials, that is, when the second analog potential Vw [i] is set to 0 and the second analog potential Vw [i + 1] is set to 0. Given the current ΔI [j] of, the following equation 5 is derived from the equation 4.
Ioffset[j]=-2kΣi(Vth-VPR)・Vx[i、j]-kΣiVx[i、j]2 (式5) Office [j] = -2kΣ i (Vth-VPR) · Vx [i, j] -kΣ i Vx [i, j] 2 (Equation 5)
したがって、式3乃至式5から、第1のアナログデータと第2のアナログデータの積和値に相当する2kΣi(Vw[i]・Vx[i、j])は、以下の式6で表されることが分かる。 Therefore, from Equations 3 to 5, the 2kΣ i (Vw [i] · Vx [i, j]) corresponding to the sum of products of the first analog data and the second analog data is shown in Equation 6 below. It turns out that it will be done.
2kΣi(Vw[i]・Vx[i、j])=IREF-I[j]-Ioffset[j] (式6) 2kΣ i (Vw [i] · Vx [i, j]) = IREF-I [j] -Offset [j] (Equation 6)
そして、メモリセルMCに流れる電流の和を電流I[j]、メモリセルMCRに流れる電流の和を電流IREF、回路630または回路640に流れる電流を電流Ioffset[j]とすると、配線RW[i]の電位をVw[i]、配線RW[i+1]の電位をVw[i+1]としたときに配線BL[j]から流れ出る電流Iout[j]は、IREF-I[j]-Ioffset[j]で表される。式6から、電流Iout[j]は、2kΣi(Vw[i]・Vx[i、j])であり、第1のアナログ電位Vx[i、j]および第2のアナログ電位Vw[i]の積と、第1のアナログ電位Vx[i+1、j]および第2のアナログ電位Vw[i+1]の積と、の和に相当することが分かる。
If the sum of the currents flowing in the memory cell MC is the current I [j], the sum of the currents flowing in the memory cell MCR is the current IREF, and the current flowing in the
なお、トランジスタTr11は飽和領域で動作させることが望ましいが、トランジスタTr11の動作領域が理想的な飽和領域と異なっていたとしても、第1のアナログ電位Vx[i、j]および第2のアナログ電位Vw[i]の積と、第1のアナログ電位Vx[i+1、j]および第2のアナログ電位Vw[i+1]の積との和に相当する電流を、所望の範囲内の精度で問題なく得ることができる場合は、トランジスタTr11は飽和領域で動作しているものとみなせる。 It is desirable to operate the transistor Tr11 in the saturation region, but even if the operating region of the transistor Tr11 is different from the ideal saturation region, the first analog potential Vx [i, j] and the second analog potential A current corresponding to the product of the product of Vw [i] and the product of the first analog potential Vx [i + 1, j] and the second analog potential Vw [i + 1] can be obtained without any problem with an accuracy within a desired range. If this is possible, the transistor Tr11 can be regarded as operating in the saturation region.
本発明の一態様により、アナログデータの演算処理をデジタルデータに変換せずとも実行することができるので、半導体装置の回路規模を小さく抑えることができる。また、本発明の一態様により、アナログデータの演算処理をデジタルデータに変換せずとも実行することができるので、アナログデータの演算処理に要する時間を抑えることができる。また、本発明の一態様により、アナログデータの演算処理に要する時間を抑えつつ、半導体装置の低消費電力化を実現することができる。 According to one aspect of the present invention, the arithmetic processing of analog data can be executed without being converted into digital data, so that the circuit scale of the semiconductor device can be kept small. Further, according to one aspect of the present invention, the calculation process of analog data can be executed without being converted into digital data, so that the time required for the calculation process of analog data can be suppressed. Further, according to one aspect of the present invention, it is possible to reduce the power consumption of the semiconductor device while suppressing the time required for the arithmetic processing of analog data.
<記憶回路の構成例>
次いで、記憶回路610(MEM)と、参照用記憶回路620(RMEM)の具体的な構成の一例について、図19を用いて説明する。
<Example of memory circuit configuration>
Next, an example of a specific configuration of the storage circuit 610 (MEM) and the reference storage circuit 620 (RMEM) will be described with reference to FIG.
図19では、記憶回路610(MEM)がy行x列(x、yは自然数)の複数のメモリセルMCを有し、参照用記憶回路620(RMEM)がy行1列の複数のメモリセルMCRを有する場合を例示している。 In FIG. 19, the storage circuit 610 (MEM) has a plurality of memory cells MC in y rows and x columns (x and y are natural numbers), and the reference storage circuit 620 (RMEM) has a plurality of memory cells in y rows and 1 column. The case of having an MCR is illustrated.
記憶回路610は、配線RWと、配線WWと、配線WDと、配線VRと、配線BLとに接続されている。図19では、配線RW[1]乃至配線RW[y]が各行のメモリセルMCにそれぞれ接続され、配線WW[1]乃至配線WW[y]が各行のメモリセルMCにそれぞれ接続され、配線WD[1]乃至配線WD[x]が各列のメモリセルMCにそれぞれ接続され、配線BL[1]乃至配線BL[x]が各列のメモリセルMCにそれぞれ接続されている場合を例示している。また、図19では、配線VR[1]乃至配線VR[x]が各列のメモリセルMCにそれぞれ接続されている場合を例示している。なお、配線VR[1]乃至配線VR[x]は、互いに接続されていても良い。
The
そして、参照用記憶回路620は、配線RWと、配線WWと、配線WDREFと、配線VRREFと、配線BLREFとに接続されている。図19では、配線RW[1]乃至配線RW[y]が各行のメモリセルMCRにそれぞれ接続され、配線WW[1]乃至配線WW[y]が各行のメモリセルMCRにそれぞれ接続され、配線WDREFが一列のメモリセルMCRにそれぞれ接続され、配線BLREFが一列のメモリセルMCRにそれぞれ接続され、配線VRREFが一列のメモリセルMCRにそれぞれ接続されている場合を例示している。なお、配線VRREFは、配線VR[1]乃至配線VR[x]に接続されていても良い。
The
次いで、図19に示した複数のメモリセルMCのうち、任意の2行2列のメモリセルMCと、図19に示した複数のメモリセルMCRのうち、任意の2行1列のメモリセルMCRとの、具体的な回路構成と接続関係とを、一例として図20に示す。 Next, among the plurality of memory cell MCs shown in FIG. 19, any two-row, two-column memory cell MC, and among the plurality of memory cell MCRs shown in FIG. 19, any two-row, one-column memory cell MCR. The specific circuit configuration and connection relationship with the above are shown in FIG. 20 as an example.
具体的に図20では、i行j列目のメモリセルMC[i、j]と、i+1行j列目のメモリセルMC[i+1、j]と、i行j+1列目のメモリセルMC[i、j+1]と、i+1行j+1列目のメモリセルMC[i+1、j+1]とを図示している。また、具体的に図20では、i行目のメモリセルMCR[i]と、i+1行目のメモリセルMCR[i+1]とを図示している。なお、iとi+1はそれぞれ1からyまでの任意の数で、jとj+1はそれぞれ1からxまでの任意の数とする。 Specifically, in FIG. 20, the memory cell MC [i, j] in the i-row j-th column, the memory cell MC [i + 1, j] in the i + 1-row j-th column, and the memory cell MC [i + 1, j] in the i-row j + 1-th column. , J + 1] and the memory cells MC [i + 1, j + 1] in the i + 1 row, j + 1 column. Specifically, FIG. 20 illustrates the memory cell MCR [i] in the i-th row and the memory cell MCR [i + 1] in the i + 1 row. It should be noted that i and i + 1 are arbitrary numbers from 1 to y, respectively, and j and j + 1 are arbitrary numbers from 1 to x, respectively.
i行目のメモリセルMC[i、j]と、メモリセルMC[i、j+1]と、メモリセルMCR[i]とは、配線RW[i]および配線WW[i]に接続されている。また、i+1行目のメモリセルMC[i+1、j]と、メモリセルMC[i+1、j+1]と、メモリセルMCR[i+1]とは、配線RW[i+1]および配線WW[i+1]に接続されている。 The memory cell MC [i, j] in the i-th row, the memory cell MC [i, j + 1], and the memory cell MCR [i] are connected to the wiring RW [i] and the wiring WW [i]. Further, the memory cell MC [i + 1, j], the memory cell MC [i + 1, j + 1], and the memory cell MCR [i + 1] in the i + 1 row are connected to the wiring RW [i + 1] and the wiring WW [i + 1]. There is.
j列目のメモリセルMC[i、j]と、メモリセルMC[i+1、j]とは、配線WD[j]、配線VR[j]、および配線BL[j]に接続されている。また、j+1列目のメモリセルMC[i、j+1]と、メモリセルMC[i+1、j+1]とは、配線WD[j+1]、配線VR[j+1]、および配線BL[j+1]に接続されている。また、i行目のメモリセルMCR[i]と、i+1行目のメモリセルMCR[i+1]とは、配線WDREF、配線VRREF、および配線BLREFに接続されている。 The memory cell MC [i, j] in the j-th column and the memory cell MC [i + 1, j] are connected to the wiring WD [j], the wiring VR [j], and the wiring BL [j]. Further, the memory cell MC [i, j + 1] in the j + 1st column and the memory cell MC [i + 1, j + 1] are connected to the wiring WD [j + 1], the wiring VR [j + 1], and the wiring BL [j + 1]. .. Further, the memory cell MCR [i] on the i-th row and the memory cell MCR [i + 1] on the i + 1 row are connected to the wiring WDREF, the wiring VRREF, and the wiring BLREF.
そして、各メモリセルMCと各メモリセルMCRとは、トランジスタTr11と、トランジスタTr12と、容量素子C11と、を有する。トランジスタTr12は、メモリセルMCまたはメモリセルMCRへの第1のアナログ電位の入力を制御する機能を有する。トランジスタTr11は、ゲートに入力された電位に従って、アナログ電流を生成する機能を有する。容量素子C11は、メモリセルMCまたはメモリセルMCRにおいて保持されている第1のアナログ電位または第1のアナログ電位に応じた電位に、第2のアナログ電位あるいは第2のアナログ電位に応じた電位を加算する機能を有する。 Each memory cell MC and each memory cell MCR has a transistor Tr11, a transistor Tr12, and a capacitive element C11. The transistor Tr12 has a function of controlling the input of the first analog potential to the memory cell MC or the memory cell MCR. The transistor Tr11 has a function of generating an analog current according to the potential input to the gate. The capacitive element C11 sets the potential corresponding to the first analog potential or the first analog potential held in the memory cell MC or the memory cell MCR to the potential corresponding to the second analog potential or the second analog potential. It has a function to add.
具体的に、図20に示すメモリセルMCでは、トランジスタTr12は、ゲートが配線WWに接続され、ソースまたはドレインの一方が配線WDに接続され、ソースまたはドレインの他方がトランジスタTr11のゲートに接続されている。また、トランジスタTr11は、ソースまたはドレインの一方が配線VRに接続され、ソースまたはドレインの他方が配線BLに接続されている。容量素子C11は、第1の電極が配線RWに接続され、第2の電極がトランジスタTr11のゲートに接続されている。 Specifically, in the memory cell MC shown in FIG. 20, in the transistor Tr12, the gate is connected to the wiring WW, one of the source or drain is connected to the wiring WD, and the other of the source or drain is connected to the gate of the transistor Tr11. ing. Further, in the transistor Tr11, one of the source and the drain is connected to the wiring VR, and the other of the source and the drain is connected to the wiring BL. In the capacitive element C11, the first electrode is connected to the wiring RW, and the second electrode is connected to the gate of the transistor Tr11.
また、図20に示すメモリセルMCRでは、トランジスタTr12は、ゲートが配線WWに接続され、ソースまたはドレインの一方が配線WDREFに接続され、ソースまたはドレインの他方がトランジスタTr11のゲートに接続されている。また、トランジスタTr11は、ソースまたはドレインの一方が配線VRREFに接続され、ソースまたはドレインの他方が配線BLREFに接続されている。容量素子C11は、第1の電極が配線RWに接続され、第2の電極がトランジスタTr11のゲートに接続されている。 Further, in the memory cell MCR shown in FIG. 20, the gate of the transistor Tr12 is connected to the wiring WW, one of the source or the drain is connected to the wiring WDREF, and the other of the source or the drain is connected to the gate of the transistor Tr11. .. Further, in the transistor Tr11, one of the source and the drain is connected to the wiring VRREF, and the other of the source and the drain is connected to the wiring BLREF. In the capacitive element C11, the first electrode is connected to the wiring RW, and the second electrode is connected to the gate of the transistor Tr11.
メモリセルMCにおいてトランジスタTr11のゲートをノードNとすると、メモリセルMCでは、トランジスタTr12を介してノードNに第1のアナログ電位または第1のアナログ電位に応じた電位が入力され、次いでトランジスタTr12がオフになるとノードNが浮遊状態になり、ノードNにおいて第1のアナログ電位または第1のアナログ電位に応じた電位が保持される。また、メモリセルMCでは、ノードNが浮遊状態になると、容量素子C11の第1の電極に入力された第2のアナログ電位または第2のアナログ電位に応じた電位がノードNに与えられる。上記動作により、ノードNは、第1のアナログ電位または第1のアナログ電位に応じた電位に、第2のアナログ電位または第2のアナログ電位に応じた電位が加算されることで得られる電位となる。 Assuming that the gate of the transistor Tr11 is the node N in the memory cell MC, in the memory cell MC, the first analog potential or the potential corresponding to the first analog potential is input to the node N via the transistor Tr12, and then the transistor Tr12 is input. When it is turned off, the node N becomes a floating state, and the potential corresponding to the first analog potential or the first analog potential is held in the node N. Further, in the memory cell MC, when the node N is in a floating state, a second analog potential input to the first electrode of the capacitive element C11 or a potential corresponding to the second analog potential is given to the node N. By the above operation, the node N has a potential obtained by adding a potential corresponding to the second analog potential or the second analog potential to the potential corresponding to the first analog potential or the first analog potential. Become.
なお、容量素子C11の第1の電極の電位は容量素子C11を介してノードNに与えられるため、実際には、第1の電極の電位の変化量がそのままノードNの電位の変化量に反映されるわけではない。具体的には、容量素子C11の容量値と、トランジスタTr11のゲート容量の容量値と、寄生容量の容量値とから一意に決まる結合係数を、第1の電極の電位の変化量に乗ずることで、ノードNの電位の変化量を正確に算出することができる。以下、説明を分かり易くするために、第1の電極の電位の変化量がほぼノードNの電位の変化量に反映されるものとして説明を行う。 Since the potential of the first electrode of the capacitive element C11 is given to the node N via the capacitive element C11, the amount of change in the potential of the first electrode is actually reflected in the amount of change in the potential of the node N as it is. Not done. Specifically, the coupling coefficient uniquely determined from the capacitance value of the capacitance element C11, the capacitance value of the gate capacitance of the transistor Tr11, and the capacitance value of the parasitic capacitance is multiplied by the amount of change in the potential of the first electrode. , The amount of change in the potential of the node N can be calculated accurately. Hereinafter, for the sake of clarity, the description will be made assuming that the amount of change in the potential of the first electrode is substantially reflected in the amount of change in the potential of the node N.
トランジスタTr11は、ノードNの電位にしたがってそのドレイン電流が定まる。よって、トランジスタTr12がオフになることでノードNの電位が保持されると、トランジスタTr11のドレイン電流の値も保持される。上記ドレイン電流には第1のアナログ電位と第2のアナログ電位が反映されている。 The drain current of the transistor Tr11 is determined according to the potential of the node N. Therefore, when the potential of the node N is held by turning off the transistor Tr12, the value of the drain current of the transistor Tr11 is also held. The drain current reflects the first analog potential and the second analog potential.
また、メモリセルMCRにおいてトランジスタTr11のゲートをノードNREFとすると、メモリセルMCRでは、トランジスタTr12を介してノードNREFに第1の参照電位または第1の参照電位に応じた電位が入力され、次いでトランジスタTr12がオフになるとノードNREFが浮遊状態になり、ノードNREFにおいて第1の参照電位または第1の参照電位に応じた電位が保持される。また、メモリセルMCRでは、ノードNREFが浮遊状態になると、容量素子C11の第1の電極に入力された第2のアナログ電位または第2のアナログ電位に応じた電位がノードNREFに与えられる。上記動作により、ノードNREFは、第1の参照電位または第1の参照電位に応じた電位に、第2のアナログ電位または第2のアナログ電位に応じた電位が加算されることで得られる電位となる。 Further, when the gate of the transistor Tr11 is the node NREF in the memory cell MCR, in the memory cell MCR, the first reference potential or the potential corresponding to the first reference potential is input to the node NREF via the transistor Tr12, and then the transistor. When Tr12 is turned off, the node NREF is suspended, and the node NREF holds the first reference potential or the potential corresponding to the first reference potential. Further, in the memory cell MCR, when the node NREF is in a floating state, a second analog potential input to the first electrode of the capacitive element C11 or a potential corresponding to the second analog potential is given to the node NREF. By the above operation, the node NREF has a potential obtained by adding a potential corresponding to the second analog potential or the second analog potential to the potential corresponding to the first reference potential or the first reference potential. Become.
トランジスタTr11は、ノードNREFの電位にしたがってそのドレイン電流が定まる。よって、トランジスタTr12がオフになることでノードNREFの電位が保持されると、トランジスタTr11のドレイン電流の値も保持される。上記ドレイン電流には第1の参照電位と第2のアナログ電位が反映されている。 The drain current of the transistor Tr11 is determined according to the potential of the node NREF. Therefore, when the potential of the node NREF is maintained by turning off the transistor Tr12, the value of the drain current of the transistor Tr11 is also maintained. The drain current reflects the first reference potential and the second analog potential.
メモリセルMC[i、j]のトランジスタTr11に流れるドレイン電流を電流I[i、j]とし、メモリセルMC[i+1、j]のトランジスタTr11に流れるドレイン電流を電流I[i+1、j]とすると、配線BL[j]からメモリセルMC[i、j]およびメモリセルMC[i+1、j]に供給される電流の和は、電流I[j]となる。また、メモリセルMC[i、j+1]のトランジスタTr11に流れるドレイン電流を電流I[i、j+1]とし、メモリセルMC[i+1、j+1]のトランジスタTr11に流れるドレイン電流を電流I[i+1、j+1]とすると、配線BL[j+1]からメモリセルMC[i、j+1]およびメモリセルMC[i+1、j+1]に供給される電流の和は、電流I[j+1]となる。また、メモリセルMCR[i]のトランジスタTr11に流れるドレイン電流を電流IREF[i]とし、メモリセルMCR[i+1]のトランジスタTr11に流れるドレイン電流を電流IREF[i+1]とすると、配線BLREFからメモリセルMCR[i]およびメモリセルMCR[i+1]に供給される電流の和は、電流IREFとなる。 Assuming that the drain current flowing through the transistor Tr11 of the memory cell MC [i, j] is the current I [i, j] and the drain current flowing through the transistor Tr11 of the memory cell MC [i + 1, j] is the current I [i + 1, j]. , The sum of the currents supplied from the wiring BL [j] to the memory cells MC [i, j] and the memory cells MC [i + 1, j] is the current I [j]. Further, the drain current flowing through the transistor Tr11 of the memory cell MC [i, j + 1] is the current I [i, j + 1], and the drain current flowing through the transistor Tr11 of the memory cell MC [i + 1, j + 1] is the current I [i + 1, j + 1]. Then, the sum of the currents supplied from the wiring BL [j + 1] to the memory cells MC [i, j + 1] and the memory cells MC [i + 1, j + 1] is the current I [j + 1]. Further, assuming that the drain current flowing through the transistor Tr11 of the memory cell MCR [i] is the current IREF [i] and the drain current flowing through the transistor Tr11 of the memory cell MCR [i + 1] is the current IREF [i + 1], the memory cell is connected to the wiring BLREF. The sum of the currents supplied to the MCR [i] and the memory cell MCR [i + 1] is the current IREF.
<回路630・回路640・電流源回路の構成例>
次いで、回路630と、回路640と、電流源回路650(CREF)の具体的な構成の一例について、図21を用いて説明する。
<
Next, an example of a specific configuration of the
図21では、図20に示すメモリセルMCとメモリセルMCRに対応した、回路630、回路640、電流源回路650の構成の一例を示している。具体的に、図21に示す回路630は、j列目のメモリセルMCに対応した回路630[j]と、j+1列目のメモリセルMCに対応した回路630[j+1]とを有する。また、図21に示す回路640は、j列目のメモリセルMCに対応した回路640[j]と、j+1列目のメモリセルMCに対応した回路640[j+1]とを有する。
FIG. 21 shows an example of the configuration of the
そして、回路630[j]および回路640[j]は、配線BL[j]に接続されている。また、回路630[j+1]および回路640[j+1]は、配線BL[j+1]に接続されている。 The circuit 630 [j] and the circuit 640 [j] are connected to the wiring BL [j]. Further, the circuit 630 [j + 1] and the circuit 640 [j + 1] are connected to the wiring BL [j + 1].
電流源回路650は、配線BL[j]、配線BL[j+1]、配線BLREFに接続されている。そして、電流源回路650は、配線BLREFに電流IREFを供給する機能と、電流IREFと同じ電流または電流IREFに応じた電流を、配線BL[j]および配線BL[j+1]のそれぞれに供給する機能を有する。
The
具体的に、回路630[j]および回路630[j+1]は、トランジスタTr24乃至Tr26と、容量素子C22とをそれぞれ有する。オフセットの電流を設定する際に、回路630[j]において、トランジスタTr24は、電流I[j]が電流IREFよりも大きい場合に、電流I[j]と電流IREFの差分に相当する電流ICM[j]を生成する機能を有する。また、回路630[j+1]において、トランジスタTr24は、電流I[j+1]が電流IREFよりも大きい場合に、電流I[j+1]と電流IREFの差分に相当する電流ICM[j+1]を生成する機能を有する。電流ICM[j]および電流ICM[j+1]は、回路630[j]および回路630[j+1]から配線BL[j]および配線BL[j+1]に供給される。 Specifically, the circuit 630 [j] and the circuit 630 [j + 1] have transistors Tr24 to Tr26 and a capacitive element C22, respectively. When setting the offset current, in the circuit 630 [j], the transistor Tr24 has a current ICM [j] corresponding to the difference between the current I [j] and the current IREF when the current I [j] is larger than the current IREF. j] has a function of generating. Further, in the circuit 630 [j + 1], the transistor Tr24 has a function of generating a current ICM [j + 1] corresponding to the difference between the current I [j + 1] and the current IREF when the current I [j + 1] is larger than the current IREF. Have. The current ICM [j] and the current ICM [j + 1] are supplied from the circuit 630 [j] and the circuit 630 [j + 1] to the wiring BL [j] and the wiring BL [j + 1].
そして、回路630[j]および回路630[j+1]において、トランジスタTr24は、ソースまたはドレインの一方が対応する配線BLに接続されており、ソースまたはドレインの他方が所定の電位が供給される配線に接続されている。トランジスタTr25は、ソースまたはドレインの一方が配線BLに接続されており、ソースまたはドレインの他方がトランジスタTr24のゲートに接続されている。トランジスタTr26は、ソースまたはドレインの一方がトランジスタTr24のゲートに接続されており、ソースまたはドレインの他方が所定の電位が供給される配線に接続されている。容量素子C22は、第1の電極がトランジスタTr24のゲートに接続されており、第2の電極が所定の電位が供給される配線に接続されている。 Then, in the circuit 630 [j] and the circuit 630 [j + 1], the transistor Tr24 is connected to the wiring BL to which one of the source and the drain is connected to the corresponding wiring BL and the other of the source and the drain is supplied with a predetermined potential. It is connected. In the transistor Tr25, one of the source and the drain is connected to the wiring BL, and the other of the source and the drain is connected to the gate of the transistor Tr24. In the transistor Tr26, one of the source and the drain is connected to the gate of the transistor Tr24, and the other of the source and the drain is connected to the wiring to which a predetermined potential is supplied. In the capacitive element C22, the first electrode is connected to the gate of the transistor Tr24, and the second electrode is connected to the wiring to which a predetermined potential is supplied.
トランジスタTr25のゲートは配線OSMに接続されており、トランジスタTr26のゲートは配線ORMに接続されている。 The gate of the transistor Tr25 is connected to the wiring OSM, and the gate of the transistor Tr26 is connected to the wiring ORM.
なお、図21では、トランジスタTr24がpチャネル型であり、トランジスタTr25およびTr26がnチャネル型である場合を例示している。 Note that FIG. 21 illustrates a case where the transistor Tr24 is a p-channel type and the transistors Tr25 and Tr26 are an n-channel type.
また、回路640[j]および回路640[j+1]は、トランジスタTr21乃至Tr23と、容量素子C21とをそれぞれ有する。オフセットの電流を設定する際に、回路640[j]において、トランジスタTr21は、電流I[j]が電流IREFよりも小さい場合に、電流I[j]と電流IREFの差分に相当する電流ICP[j]を生成する機能を有する。また、回路640[j+1]において、トランジスタTr21は、電流I[j+1]が電流IREFよりも小さい場合に、電流I[j+1]と電流IREFの差分に相当する電流ICP[j+1]を生成する機能を有する。電流ICP[j]および電流ICP[j+1]は、配線BL[j]および配線BL[j+1]から回路640[j]および回路640[j+1]に引き込まれる。 Further, the circuit 640 [j] and the circuit 640 [j + 1] have transistors Tr21 to Tr23 and a capacitive element C21, respectively. When setting the offset current, in the circuit 640 [j], the transistor Tr21 has a current ICP [j] corresponding to the difference between the current I [j] and the current IREF when the current I [j] is smaller than the current IREF. j] has a function of generating. Further, in the circuit 640 [j + 1], the transistor Tr21 has a function of generating a current ICP [j + 1] corresponding to the difference between the current I [j + 1] and the current IREF when the current I [j + 1] is smaller than the current IREF. Have. The current ICP [j] and the current ICP [j + 1] are drawn from the wiring BL [j] and the wiring BL [j + 1] into the circuit 640 [j] and the circuit 640 [j + 1].
なお、電流ICM[j]と電流ICP[j]とが、Ioffset[j]に相当する。また、なお、電流ICM[j+1]と電流ICP[j+1]とが、Ioffset[j+1]に相当する。 The current ICM [j] and the current ICP [j] correspond to the office set [j]. Further, the current ICM [j + 1] and the current ICP [j + 1] correspond to the Offset [j + 1].
そして、回路640[j]および回路640[j+1]において、トランジスタTr21は、ソースまたはドレインの一方が対応する配線BLに接続されており、ソースまたはドレインの他方が所定の電位が供給される配線に接続されている。トランジスタTr22は、ソースまたはドレインの一方が配線BLに接続されており、ソースまたはドレインの他方がトランジスタTr21のゲートに接続されている。トランジスタTr23は、ソースまたはドレインの一方がトランジスタTr21のゲートに接続されており、ソースまたはドレインの他方が所定の電位が供給される配線に接続されている。容量素子C21は、第1の電極がトランジスタTr21のゲートに接続されており、第2の電極が所定の電位が供給される配線に接続されている。 Then, in the circuit 640 [j] and the circuit 640 [j + 1], the transistor Tr21 is connected to a wiring in which one of the source and the drain is connected to the corresponding wiring BL, and the other of the source and the drain is supplied with a predetermined potential. It is connected. In the transistor Tr22, one of the source and the drain is connected to the wiring BL, and the other of the source and the drain is connected to the gate of the transistor Tr21. In the transistor Tr23, one of the source and the drain is connected to the gate of the transistor Tr21, and the other of the source and the drain is connected to the wiring to which a predetermined potential is supplied. In the capacitive element C21, the first electrode is connected to the gate of the transistor Tr21, and the second electrode is connected to the wiring to which a predetermined potential is supplied.
トランジスタTr22のゲートは配線OSPに接続されており、トランジスタTr23のゲートは配線ORPに接続されている。 The gate of the transistor Tr22 is connected to the wiring OSP, and the gate of the transistor Tr23 is connected to the wiring ORP.
なお、図21では、トランジスタTr21乃至Tr23がnチャネル型である場合を例示している。 Note that FIG. 21 illustrates a case where the transistors Tr21 to Tr23 are of the n-channel type.
また、電流源回路650は、配線BLに対応したトランジスタTr27と、配線BLREFに対応したトランジスタTr28とを有する。具体的に、図21に示す電流源回路650は、トランジスタTr27として、配線BL[j]に対応したトランジスタTr27[j]と、配線BL[j+1]に対応したトランジスタTr27[j+1]とを有する場合を例示している。
Further, the
そして、トランジスタTr27のゲートは、トランジスタTr28のゲートに接続されている。また、トランジスタTr27は、ソースまたはドレインの一方が対応する配線BLに接続されており、ソースまたはドレインの他方が所定の電位が供給される配線に接続されている。トランジスタTr28は、ソースまたはドレインの一方が配線BLREFに接続されており、ソースまたはドレインの他方が所定の電位が供給される配線に接続されている。 The gate of the transistor Tr27 is connected to the gate of the transistor Tr28. Further, in the transistor Tr27, one of the source and the drain is connected to the corresponding wiring BL, and the other of the source and the drain is connected to the wiring to which a predetermined potential is supplied. In the transistor Tr28, one of the source and the drain is connected to the wiring BLREF, and the other of the source and the drain is connected to the wiring to which a predetermined potential is supplied.
トランジスタTr27とトランジスタTr28とは、同じ極性を有している。図21では、トランジスタTr27とトランジスタTr28とが、共にpチャネル型を有する場合を例示している。 The transistor Tr27 and the transistor Tr28 have the same polarity. FIG. 21 illustrates a case where both the transistor Tr27 and the transistor Tr28 have a p-channel type.
トランジスタTr28のドレイン電流は電流IREFに相当する。そして、トランジスタTr27とトランジスタTr28とはカレントミラー回路としての機能を有するため、トランジスタTr27のドレイン電流は、トランジスタTr28のドレイン電流とほぼ同じ値、またはトランジスタTr28のドレイン電流に応じた値となる。 The drain current of the transistor Tr28 corresponds to the current IREF. Since the transistor Tr27 and the transistor Tr28 have a function as a current mirror circuit, the drain current of the transistor Tr27 is substantially the same as the drain current of the transistor Tr28 or a value corresponding to the drain current of the transistor Tr28.
<半導体装置の動作例>
次いで、図20、図21および図22を用いて、本発明の一態様に係る半導体装置600の具体的な動作の一例について説明する。
<Operation example of semiconductor device>
Next, an example of a specific operation of the
図22は、図20に示すメモリセルMC、メモリセルMCRと、図21に示す回路630、回路640、電流源回路650の動作を示すタイミングチャートの一例に相当する。図22では、時刻T01乃至時刻T04において、メモリセルMCおよびメモリセルMCRに第1のアナログデータを格納する動作が行われる。時刻T05乃至時刻T10において、回路630および回路640にオフセットの電流Ioffsetを設定する動作が行われる。時刻T11乃至時刻T16において、第1のアナログデータと第2のアナログデータとの積和値に対応したデータを取得する動作が行われる。
FIG. 22 corresponds to an example of a timing chart showing the operations of the memory cell MC and the memory cell MCR shown in FIG. 20 and the
なお、配線VR[j]および配線VR[j+1]にはローレベルの電位VSSが供給されるものとする。また、回路630に接続される所定の電位を有する配線は、全てハイレベルの電位VDDが供給されるものとする。また、回路640に接続される所定の電位を有する配線は、全てローレベルの電位VSSが供給されるものとする。また、電流源回路650に接続される所定の電位を有する配線は、全てハイレベルの電位VDDが供給されるものとする。
It is assumed that low-level potential VSS is supplied to the wiring VR [j] and the wiring VR [j + 1]. Further, it is assumed that all the wiring having a predetermined potential connected to the
また、トランジスタTr11、Tr21、Tr24、Tr27[j]、Tr27[j+1]、Tr28は飽和領域で動作するものとする。 Further, it is assumed that the transistors Tr11, Tr21, Tr24, Tr27 [j], Tr27 [j + 1], and Tr28 operate in the saturation region.
まず、時刻T01乃至時刻T02において、配線WW[i]にハイレベルの電位が与えられ、配線WW[i+1]にローレベルの電位が与えられる。上記動作により、図20に示すメモリセルMC[i、j]、メモリセルMC[i、j+1]、メモリセルMCR[i]においてトランジスタTr12がオンになる。また、メモリセルMC[i+1、j]、メモリセルMC[i+1、j+1]、メモリセルMCR[i+1]においてトランジスタTr12がオフの状態を維持する。 First, at time T01 to time T02, a high level potential is given to the wiring WW [i], and a low level potential is given to the wiring WW [i + 1]. By the above operation, the transistor Tr12 is turned on in the memory cell MC [i, j], the memory cell MC [i, j + 1], and the memory cell MCR [i] shown in FIG. Further, the transistor Tr12 is maintained in the off state in the memory cell MC [i + 1, j], the memory cell MC [i + 1, j + 1], and the memory cell MCR [i + 1].
また、時刻T01乃至時刻T02では、図20に示す配線WD[j]と配線WD[j+1]とに、第1の参照電位VPRから第1のアナログ電位を差し引いた電位がそれぞれ与えられる。具体的に、配線WD[j]には電位VPR-Vx[i、j]が与えられ、配線WD[j+1]には電位VPR-Vx[i、j+1]が与えられる。また、配線WDREFには第1の参照電位VPRが与えられ、配線RW[i]および配線RW[i+1]には基準電位として電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2が与えられる。 Further, at time T01 to time T02, the wiring WD [j] and the wiring WD [j + 1] shown in FIG. 20 are given potentials obtained by subtracting the first analog potential from the first reference potential VPR. Specifically, the wiring WD [j] is given the potential VPR-Vx [i, j], and the wiring WD [j + 1] is given the potential VPR-Vx [i, j + 1]. Further, the wiring WDREF is given a first reference potential VPR, and the wiring RW [i] and the wiring RW [i + 1] have a potential between the potential VSS and the potential VDD, for example, the potential (whether + VSS) / 2 as a reference potential. Given.
よって、図20に示すメモリセルMC[i、j]のノードN[i、j]にはトランジスタTr12を介して電位VPR-Vx[i、j]が与えられ、メモリセルMC[i、j+1]のノードN[i、j+1]にはトランジスタTr12を介して電位VPR-Vx[i、j+1]が与えられ、メモリセルMCR[i]のノードNREF[i]にはトランジスタTr12を介して電位VPRが与えられる。 Therefore, the potential VPR-Vx [i, j] is given to the node N [i, j] of the memory cell MC [i, j] shown in FIG. 20 via the transistor Tr12, and the memory cell MC [i, j + 1] The potential VPR-Vx [i, j + 1] is given to the node N [i, j + 1] of the memory cell MCR [i] via the transistor Tr12, and the potential VPR is given to the node NREF [i] of the memory cell MCR [i] via the transistor Tr12. Given.
時刻T02が終了すると、図20に示す配線WW[i]に与えられる電位はハイレベルからローレベルに変化し、メモリセルMC[i、j]、メモリセルMC[i、j+1]、メモリセルMCR[i]においてトランジスタTr12がオフになる。上記動作により、ノードN[i、j]には電位VPR-Vx[i、j]が保持され、ノードN[i、j+1]には電位VPR-Vx[i、j+1]が保持され、ノードNREF[i]には電位VPRが保持される。 When the time T02 ends, the potential given to the wiring WW [i] shown in FIG. 20 changes from a high level to a low level, and the memory cell MC [i, j], the memory cell MC [i, j + 1], and the memory cell MCR In [i], the transistor Tr12 is turned off. By the above operation, the potential VPR-Vx [i, j] is held in the node N [i, j], the potential VPR-Vx [i, j + 1] is held in the node N [i, j + 1], and the node NREF is held. The potential VPR is held in [i].
次いで、時刻T03乃至時刻T04において、図20に示す配線WW[i]の電位はローレベルに維持され、配線WW[i+1]にハイレベルの電位が与えられる。上記動作により、図20に示すメモリセルMC[i+1、j]、メモリセルMC[i+1、j+1]、メモリセルMCR[i+1]においてトランジスタTr12がオンになる。また、メモリセルMC[i、j]、メモリセルMC[i、j+1]、メモリセルMCR[i]においてトランジスタTr12がオフの状態を維持する。 Then, at time T03 to time T04, the potential of the wiring WW [i] shown in FIG. 20 is maintained at a low level, and the potential of the wiring WW [i + 1] is given a high level. By the above operation, the transistor Tr12 is turned on in the memory cell MC [i + 1, j], the memory cell MC [i + 1, j + 1], and the memory cell MCR [i + 1] shown in FIG. Further, the transistor Tr12 is maintained in the off state in the memory cell MC [i, j], the memory cell MC [i, j + 1], and the memory cell MCR [i].
また、時刻T03乃至時刻T04では、図20に示す配線WD[j]と配線WD[j+1]とに、第1の参照電位VPRから第1のアナログ電位を差し引いた電位がそれぞれ与えられる。具体的に、配線WD[j]には電位VPR-Vx[i+1、j]が与えられ、配線WD[j+1]には電位VPR-Vx[i+1、j+1]が与えられる。また、配線WDREFには第1の参照電位VPRが与えられ、配線RW[i]および配線RW[i+1]には基準電位として電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2が与えられる。 Further, at time T03 to time T04, the wiring WD [j] and the wiring WD [j + 1] shown in FIG. 20 are given potentials obtained by subtracting the first analog potential from the first reference potential VPR. Specifically, the wiring WD [j] is given the potential VPR-Vx [i + 1, j], and the wiring WD [j + 1] is given the potential VPR-Vx [i + 1, j + 1]. Further, the wiring WDREF is given a first reference potential VPR, and the wiring RW [i] and the wiring RW [i + 1] have a potential between the potential VSS and the potential VDD, for example, a potential (whether + VSS) / 2 as a reference potential. Given.
よって、図20に示すメモリセルMC[i+1、j]のノードN[i+1、j]にはトランジスタTr12を介して電位VPR-Vx[i+1、j]が与えられ、メモリセルMC[i+1、j+1]のノードN[i+1、j+1]にはトランジスタTr12を介して電位VPR-Vx[i+1、j+1]が与えられ、メモリセルMCR[i+1]のノードNREF[i+1]にはトランジスタTr12を介して電位VPRが与えられる。 Therefore, the potential VPR-Vx [i + 1, j] is given to the node N [i + 1, j] of the memory cell MC [i + 1, j] shown in FIG. 20 via the transistor Tr12, and the memory cell MC [i + 1, j + 1] The potential VPR-Vx [i + 1, j + 1] is given to the node N [i + 1, j + 1] of the memory cell MCR [i + 1] via the transistor Tr12, and the potential VPR is given to the node NREF [i + 1] of the memory cell MCR [i + 1] via the transistor Tr12. Given.
時刻T04が終了すると、図20に示す配線WW[i+1]に与えられる電位はハイレベルからローレベルに変化し、メモリセルMC[i+1、j]、メモリセルMC[i+1、j+1]、メモリセルMCR[i+1]においてトランジスタTr12がオフになる。上記動作により、ノードN[i+1、j]には電位VPR-Vx[i+1、j]が保持され、ノードN[i+1、j+1]には電位VPR-Vx[i+1、j+1]が保持され、ノードNREF[i+1]には電位VPRが保持される。 When the time T04 ends, the potential given to the wiring WW [i + 1] shown in FIG. 20 changes from a high level to a low level, and the memory cell MC [i + 1, j], the memory cell MC [i + 1, j + 1], and the memory cell MCR At [i + 1], the transistor Tr12 is turned off. By the above operation, the potential VPR-Vx [i + 1, j] is held in the node N [i + 1, j], the potential VPR-Vx [i + 1, j + 1] is held in the node N [i + 1, j + 1], and the node NREF is held. The potential VPR is held in [i + 1].
次いで、時刻T05乃至時刻T06において、図21に示す配線ORPおよび配線ORMにハイレベルの電位が与えられる。図21に示す回路630[j]および回路630[j+1]では、配線ORMにハイレベルの電位が与えられることで、トランジスタTr26がオンになり、トランジスタTr24のゲートは電位VDDが与えられることでリセットされる。また、図21に示す回路640[j]および回路640[j+1]では、配線ORPにハイレベルの電位が与えられることで、トランジスタTr23がオンになり、トランジスタTr21のゲートは電位VSSが与えられることでリセットされる。 Then, at time T05 to time T06, a high level potential is applied to the wiring ORP and the wiring ORM shown in FIG. In the circuit 630 [j] and the circuit 630 [j + 1] shown in FIG. 21, the transistor Tr26 is turned on by applying a high level potential to the wiring ORM, and the gate of the transistor Tr24 is reset by applying the potential VDD. Will be done. Further, in the circuit 640 [j] and the circuit 640 [j + 1] shown in FIG. 21, the transistor Tr23 is turned on by applying a high level potential to the wiring ORP, and the gate of the transistor Tr21 is given a potential VSS. It is reset by.
時刻T06が終了すると、図21に示す配線ORPおよび配線ORMに与えられる電位はハイレベルからローレベルに変化し、回路630[j]および回路630[j+1]においてトランジスタTr26がオフになり、回路640[j]および回路640[j+1]においてトランジスタTr23がオフになる。上記動作により、回路630[j]および回路630[j+1]においてトランジスタTr24のゲートに電位VDDが保持され、回路640[j]および回路640[j+1]においてトランジスタTr21のゲートに電位VSSが保持される。
At the end of time T06, the potential applied to the wiring ORP and wiring ORM shown in FIG. 21 changes from high level to low level, the transistor Tr26 is turned off in the circuit 630 [j] and the circuit 630 [j + 1], and the
次いで、時刻T07乃至時刻T08において、図21に示す配線OSPにハイレベルの電位が与えられる。また、図20に示す配線RW[i]および配線RW[i+1]には基準電位として電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2が与えられる。配線OSPにハイレベルの電位が与えられることにより、回路640[j]および回路640[j+1]においてトランジスタTr22がオンになる。 Then, at time T07 to time T08, a high level potential is applied to the wiring OSP shown in FIG. Further, the wiring RW [i] and the wiring RW [i + 1] shown in FIG. 20 are given a potential between the potential VSS and the potential VDD, for example, the potential (whether + VSS) / 2 as a reference potential. By applying a high level potential to the wiring OSP, the transistor Tr22 is turned on in the circuit 640 [j] and the circuit 640 [j + 1].
配線BL[j]に流れるI[j]が配線BLREFに流れる電流IREFよりも小さい場合、すなわちΔI[j]が正の場合、図20に示すメモリセルMC[i、j]のトランジスタTr28が引き込むことのできる電流と、メモリセルMC[i+1、j]のトランジスタTr28が引き込むことのできる電流との和が、トランジスタTr27[j]のドレイン電流より小さいことを意味する。よって、電流ΔI[j]が正の場合、回路640[j]においてトランジスタTr22がオンになると、トランジスタTr27[j]のドレイン電流の一部がトランジスタTr21のゲートに流れ込み、当該ゲートの電位が上昇し始める。そして、トランジスタTr21のドレイン電流が電流ΔI[j]とほぼ等しくなると、トランジスタTr21のゲートの電位は所定の値に収束する。このときのトランジスタTr21のゲートの電位は、トランジスタTr21のドレイン電流が電流ΔI[j]、すなわちIoffset[j](=ICP[j])となるような電位に相当する。つまり、回路640[j]のトランジスタTr21は、電流ICP[j]を流し得る電流源に設定された状態であると言える。 When the I [j] flowing through the wiring BL [j] is smaller than the current IREF flowing through the wiring BLREF, that is, when ΔI [j] is positive, the transistor Tr28 of the memory cell MC [i, j] shown in FIG. 20 is pulled in. It means that the sum of the current that can be generated and the current that can be drawn by the transistor Tr28 of the memory cell MC [i + 1, j] is smaller than the drain current of the transistor Tr27 [j]. Therefore, when the current ΔI [j] is positive, when the transistor Tr22 is turned on in the circuit 640 [j], a part of the drain current of the transistor Tr27 [j] flows into the gate of the transistor Tr21, and the potential of the gate rises. Begin to. Then, when the drain current of the transistor Tr21 becomes substantially equal to the current ΔI [j], the potential of the gate of the transistor Tr21 converges to a predetermined value. The potential of the gate of the transistor Tr21 at this time corresponds to a potential at which the drain current of the transistor Tr21 becomes a current ΔI [j], that is, an office set [j] (= ICP [j]). That is, it can be said that the transistor Tr21 of the circuit 640 [j] is set to a current source through which the current ICP [j] can flow.
同様に、配線BL[j+1]に流れるI[j+1]が配線BLREFに流れる電流IREFよりも小さい場合、つまり電流ΔI[j+1]が正の場合、回路640[j+1]においてトランジスタTr22がオンになると、トランジスタTr27[j+1]のドレイン電流の一部がトランジスタTr21のゲートに流れ込み、当該ゲートの電位が上昇し始める。そして、トランジスタTr21のドレイン電流が電流ΔI[j+1]とほぼ等しくなると、トランジスタTr21のゲートの電位は所定の値に収束する。このときのトランジスタTr21のゲートの電位は、トランジスタTr21のドレイン電流が電流ΔI[j+1]、すなわちIoffset[j+1](=ICP[j+1])となるような電位に相当する。つまり、回路640[j+1]のトランジスタTr21は、電流ICP[j+1]を流し得る電流源に設定された状態であると言える。 Similarly, when the I [j + 1] flowing through the wiring BL [j + 1] is smaller than the current IREF flowing through the wiring BLREF, that is, when the current ΔI [j + 1] is positive, when the transistor Tr22 is turned on in the circuit 640 [j + 1], A part of the drain current of the transistor Tr27 [j + 1] flows into the gate of the transistor Tr21, and the potential of the gate starts to rise. Then, when the drain current of the transistor Tr21 becomes substantially equal to the current ΔI [j + 1], the potential of the gate of the transistor Tr21 converges to a predetermined value. The potential of the gate of the transistor Tr21 at this time corresponds to a potential at which the drain current of the transistor Tr21 becomes a current ΔI [j + 1], that is, an office set [j + 1] (= ICP [j + 1]). That is, it can be said that the transistor Tr21 of the circuit 640 [j + 1] is set to a current source through which the current ICP [j + 1] can flow.
時刻T08が終了すると、図21に示す配線OSPに与えられる電位はハイレベルからローレベルに変化し、回路640[j]および回路640[j+1]においてトランジスタTr22がオフになる。上記動作により、トランジスタTr21のゲートの電位は保持される。よって、回路640[j]は電流ICP[j]を流し得る電流源に設定された状態を維持し、回路640[j+1]は電流ICP[j+1]を流し得る電流源に設定された状態を維持する。 When the time T08 ends, the potential given to the wiring OSP shown in FIG. 21 changes from high level to low level, and the transistor Tr22 is turned off in the circuit 640 [j] and the circuit 640 [j + 1]. By the above operation, the potential of the gate of the transistor Tr21 is maintained. Therefore, the circuit 640 [j] maintains the state set to the current source capable of passing the current ICP [j], and the circuit 640 [j + 1] maintains the state set to the current source capable of flowing the current ICP [j + 1]. do.
次いで、時刻T09乃至時刻T10において、図21に示す配線OSMにハイレベルの電位が与えられる。また、図20に示す配線RW[i]および配線RW[i+1]には基準電位として電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2が与えられる。配線OSMにハイレベルの電位が与えられることにより、回路630[j]および回路630[j+1]においてトランジスタTr25がオンになる。 Then, at time T09 to time T10, a high level potential is applied to the wiring OSM shown in FIG. Further, the wiring RW [i] and the wiring RW [i + 1] shown in FIG. 20 are given a potential between the potential VSS and the potential VDD, for example, the potential (whether + VSS) / 2 as a reference potential. By applying a high level potential to the wiring OSM, the transistor Tr25 is turned on in the circuit 630 [j] and the circuit 630 [j + 1].
配線BL[j]に流れるI[j]が配線BLREFに流れる電流IREFよりも大きい場合、すなわちΔI[j]が負の場合、図20に示すメモリセルMC[i、j]のトランジスタTr28が引き込むことのできる電流と、メモリセルMC[i+1、j]のトランジスタTr28が引き込むことのできる電流との和が、トランジスタTr27[j]のドレイン電流より大きいことを意味する。よって、電流ΔI[j]が負の場合、回路630[j]においてトランジスタTr25がオンになると、トランジスタTr24のゲートから配線BL[j]に電流が流れ出し、当該ゲートの電位が下降し始める。そして、トランジスタTr24のドレイン電流が電流ΔI[j]とほぼ等しくなると、トランジスタTr24のゲートの電位は所定の値に収束する。このときのトランジスタTr24のゲートの電位は、トランジスタTr24のドレイン電流が電流ΔI[j]、すなわちIoffset[j](=ICM[j])となるような電位に相当する。つまり、回路630[j]のトランジスタTr24は、電流ICM[j]を流し得る電流源に設定された状態であると言える。 When the I [j] flowing through the wiring BL [j] is larger than the current IREF flowing through the wiring BLREF, that is, when ΔI [j] is negative, the transistor Tr28 of the memory cell MC [i, j] shown in FIG. 20 is pulled in. It means that the sum of the current that can be generated and the current that can be drawn by the transistor Tr28 of the memory cell MC [i + 1, j] is larger than the drain current of the transistor Tr27 [j]. Therefore, when the current ΔI [j] is negative, when the transistor Tr25 is turned on in the circuit 630 [j], a current flows from the gate of the transistor Tr24 to the wiring BL [j], and the potential of the gate starts to decrease. Then, when the drain current of the transistor Tr24 becomes substantially equal to the current ΔI [j], the potential of the gate of the transistor Tr24 converges to a predetermined value. The potential of the gate of the transistor Tr24 at this time corresponds to a potential at which the drain current of the transistor Tr24 becomes a current ΔI [j], that is, an office set [j] (= ICM [j]). That is, it can be said that the transistor Tr24 of the circuit 630 [j] is set to a current source through which the current ICM [j] can flow.
同様に、配線BL[j+1]に流れるI[j+1]が配線BLREFに流れる電流IREFよりも大きい場合、つまり電流ΔI[j+1]が負の場合、回路630[j+1]においてトランジスタTr25がオンになると、トランジスタTr24のゲートから配線BL[j+1]に電流が流れ出し、当該ゲートの電位が下降し始める。そして、トランジスタTr24のドレイン電流が電流ΔI[j+1]の絶対値とほぼ等しくなると、トランジスタTr24のゲートの電位は所定の値に収束する。このときのトランジスタTr24のゲートの電位は、トランジスタTr24のドレイン電流が電流ΔI[j+1]、すなわちIoffset[j+1](=ICM[j+1])の絶対値に等しくなるような電位に相当する。つまり、回路630[j+1]のトランジスタTr24は、電流ICM[j+1]を流し得る電流源に設定された状態であると言える。 Similarly, when the I [j + 1] flowing through the wiring BL [j + 1] is larger than the current IREF flowing through the wiring BLREF, that is, when the current ΔI [j + 1] is negative, when the transistor Tr25 is turned on in the circuit 630 [j + 1], A current flows from the gate of the transistor Tr24 to the wiring BL [j + 1], and the potential of the gate begins to drop. Then, when the drain current of the transistor Tr24 becomes substantially equal to the absolute value of the current ΔI [j + 1], the potential of the gate of the transistor Tr24 converges to a predetermined value. The potential of the gate of the transistor Tr24 at this time corresponds to a potential at which the drain current of the transistor Tr24 becomes equal to the current ΔI [j + 1], that is, the absolute value of the officet [j + 1] (= ICM [j + 1]). That is, it can be said that the transistor Tr24 of the circuit 630 [j + 1] is set to a current source through which the current ICM [j + 1] can flow.
時刻T10が終了すると、図21に示す配線OSMに与えられる電位はハイレベルからローレベルに変化し、回路630[j]および回路630[j+1]においてトランジスタTr25がオフになる。上記動作により、トランジスタTr24のゲートの電位は保持される。よって、回路630[j]は電流ICM[j]を流し得る電流源に設定された状態を維持し、回路630[j+1]は電流ICM[j+1]を流し得る電流源に設定された状態を維持する。 At the end of time T10, the potential given to the wiring OSM shown in FIG. 21 changes from high level to low level, and the transistor Tr25 is turned off in the circuit 630 [j] and the circuit 630 [j + 1]. By the above operation, the potential of the gate of the transistor Tr24 is maintained. Therefore, the circuit 630 [j] maintains the state set to the current source capable of passing the current ICM [j], and the circuit 630 [j + 1] maintains the state set to the current source capable of flowing the current ICM [j + 1]. do.
なお、回路640[j]および回路640[j+1]において、トランジスタTr21は電流を引き込む機能を有する。そのため、時刻T07乃至時刻T08において配線BL[j]に流れる電流I[j]が配線BLREFに流れる電流IREFよりも大きくΔI[j]が負の場合、あるいは、配線BL[j+1]に流れる電流I[j+1]が配線BLREFに流れる電流IREFよりも大きくΔI[j+1]が負の場合、回路640[j]または回路640[j+1]から過不足なく配線BL[j]または配線BL[j+1]に電流を供給するのが難しくなる恐れがある。この場合、配線BL[j]または配線BL[j+1]に流れる電流と、配線BLREFに流れる電流とのバランスを取るために、メモリセルMCのトランジスタTr11と、回路640[j]または回路640[j+1]のトランジスタTr21と、トランジスタTr27[j]またはTr27[j+1]とが、共に飽和領域で動作することが困難になる可能性がある。 In the circuit 640 [j] and the circuit 640 [j + 1], the transistor Tr21 has a function of drawing a current. Therefore, when the current I [j] flowing in the wiring BL [j] is larger than the current IREF flowing in the wiring BLREF and ΔI [j] is negative at time T07 to time T08, or the current I flowing in the wiring BL [j + 1] When [j + 1] is larger than the current flowing through the wiring BLREF and ΔI [j + 1] is negative, the current from the circuit 640 [j] or the circuit 640 [j + 1] to the wiring BL [j] or the wiring BL [j + 1] without excess or deficiency. May be difficult to supply. In this case, in order to balance the current flowing through the wiring BL [j] or the wiring BL [j + 1] with the current flowing through the wiring BLREF, the transistor Tr11 of the memory cell MC and the circuit 640 [j] or the circuit 640 [j + 1] are used. ], And the transistor Tr27 [j] or Tr27 [j + 1] may both be difficult to operate in the saturation region.
時刻T07乃至時刻T08においてΔI[j]が負の場合でも、トランジスタTr11、Tr21、Tr27[j]またはTr27[j+1]における飽和領域での動作を確保するために、時刻T05乃至時刻T06において、トランジスタTr24のゲートを電位VDDにリセットするのではなく、トランジスタTr24のゲートの電位を所定のドレイン電流が得られる程度の高さに設定しておいても良い。上記構成により、トランジスタTr27[j]またはTr27[j+1]のドレイン電流に加えてトランジスタTr24から電流が供給されるため、トランジスタTr11において引き込めない分の電流を、トランジスタTr21においてある程度引き込むことができるため、トランジスタTr11、Tr21、Tr27[j]またはTr27[j+1]における飽和領域での動作を確保することができる。 Even when ΔI [j] is negative at time T07 to time T08, the transistor at time T05 to time T06 is used to ensure operation in the saturation region of the transistor Tr11, Tr21, Tr27 [j] or Tr27 [j + 1]. Instead of resetting the gate of the Tr24 to the potential VDD, the potential of the gate of the transistor Tr24 may be set to a height sufficient to obtain a predetermined drain current. With the above configuration, since the current is supplied from the transistor Tr24 in addition to the drain current of the transistor Tr27 [j] or Tr27 [j + 1], the current that cannot be drawn in the transistor Tr11 can be drawn to some extent in the transistor Tr21. , The operation in the saturation region of the transistors Tr11, Tr21, Tr27 [j] or Tr27 [j + 1] can be ensured.
なお、時刻T09乃至時刻T10において、配線BL[j]に流れるI[j]が配線BLREFに流れる電流IREFよりも小さい場合、すなわちΔI[j]が正の場合、時刻T07乃至時刻T08において回路640[j]が電流ICP[j]を流し得る電流源に既に設定されているため、回路630[j]においてトランジスタTr24のゲートの電位はほぼ電位VDDのままとなる。同様に、配線BL[j+1]に流れるI[j+1]が配線BLREFに流れる電流IREFよりも小さい場合、すなわちΔI[j+1]が正の場合、時刻T07乃至時刻T08において回路640[j+1]が電流ICP[j+1]を流し得る電流源に既に設定されているため、回路630[j+1]においてトランジスタTr24のゲートの電位はほぼ電位VDDのままとなる。
When I [j] flowing through the wiring BL [j] is smaller than the current IREF flowing through the wiring BLREF at time T09 to time T10, that is, when ΔI [j] is positive, the
次いで、時刻T11乃至時刻T12において、図20に示す配線RW[i]に第2のアナログ電位Vw[i]が与えられる。また、配線RW[i+1]には、基準電位として電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2が与えられたままである。具体的に、配線RW[i]の電位は、基準電位である電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2に対して電位差Vw[i]だけ高い電位となるが、以下説明を分かり易くするために、配線RW[i]の電位は電位Vw[i]であると仮定する。 Next, at time T11 to time T12, the wiring RW [i] shown in FIG. 20 is given a second analog potential Vw [i]. Further, the wiring RW [i + 1] is still given a potential between the potential VSS and the potential VDD, for example, the potential (VDD + VSS) / 2, as a reference potential. Specifically, the potential of the wiring RW [i] is higher by the potential difference Vw [i] with respect to the potential between the potential VSS and the potential VDD, which is the reference potential, for example, the potential (VDD + VSS) / 2. For the sake of clarity, it is assumed that the potential of the wiring RW [i] is the potential Vw [i].
配線RW[i]が電位Vw[i]になると、容量素子C11の第1の電極の電位の変化量がほぼノードNの電位の変化量に反映されるものと仮定すると、図20に示すメモリセルMC[i、j]におけるノードNの電位はVPR-Vx[i、j]+Vw[i]となり、メモリセルMC[i、j+1]におけるノードNの電位はVPR-Vx[i、j+1]+Vw[i]となる。そして、上記の式6から、メモリセルMC[i、j]に対応する第1のアナログデータと第2のアナログデータの積和値は、電流ΔI[j]からIoffset[j]を差し引いた電流、すなわち、配線BL[j]から流れ出る電流Iout[j]に反映されることが分かる。また、メモリセルMC[i、j+1]に対応する第1のアナログデータと第2のアナログデータの積和値は、電流ΔI[j+1]からIoffset[j+1]を差し引いた電流、すなわち、配線BL[j+1]から流れ出る電流Iout[j+1]に反映されることが分かる。 Assuming that when the wiring RW [i] becomes the potential Vw [i], the amount of change in the potential of the first electrode of the capacitive element C11 is substantially reflected in the amount of change in the potential of the node N, the memory shown in FIG. 20 The potential of the node N in the cell MC [i, j] is VPR-Vx [i, j] + Vw [i], and the potential of the node N in the memory cell MC [i, j + 1] is VPR-Vx [i, j + 1] + Vw. It becomes [i]. Then, from the above equation 6, the product sum value of the first analog data and the second analog data corresponding to the memory cells MC [i, j] is the current obtained by subtracting the Offset [j] from the current ΔI [j]. That is, it can be seen that it is reflected in the current Iout [j] flowing out from the wiring BL [j]. Further, the product sum value of the first analog data and the second analog data corresponding to the memory cell MC [i, j + 1] is the current obtained by subtracting the office [j + 1] from the current ΔI [j + 1], that is, the wiring BL [ It can be seen that it is reflected in the current Iout [j + 1] flowing out from j + 1].
時刻T12が終了すると、配線RW[i]には、再度、基準電位である電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2が与えられる。 When the time T12 ends, the wiring RW [i] is again given a potential between the potential VSS and the potential VDD, which is the reference potential, for example, the potential (whether + VSS) / 2.
次いで、時刻T13乃至時刻T14において、図20に示す配線RW[i+1]に第2のアナログ電位Vw[i+1]が与えられる。また、配線RW[i]には、基準電位として電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2が与えられたままである。具体的に、配線RW[i+1]の電位は、基準電位である電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2に対して電位差Vw[i+1]だけ高い電位となるが、以下説明を分かり易くするために、配線RW[i+1]の電位は電位Vw[i+1]であると仮定する。 Next, at time T13 to time T14, the wiring RW [i + 1] shown in FIG. 20 is given a second analog potential Vw [i + 1]. Further, the wiring RW [i] is still given a potential between the potential VSS and the potential VDD, for example, the potential (whether + VSS) / 2, as a reference potential. Specifically, the potential of the wiring RW [i + 1] is higher by the potential difference Vw [i + 1] with respect to the potential between the potential VSS and the potential VDD, which is the reference potential, for example, the potential (VDD + VSS) / 2, but the following For the sake of clarity, it is assumed that the potential of the wiring RW [i + 1] is the potential Vw [i + 1].
配線RW[i+1]が電位Vw[i+1]になると、容量素子C11の第1の電極の電位の変化量がほぼノードNの電位の変化量に反映されるものと仮定すると、図20に示すメモリセルMC[i+1、j]におけるノードNの電位はVPR-Vx[i+1、j]+Vw[i+1]となり、メモリセルMC[i+1、j+1]におけるノードNの電位はVPR-Vx[i+1、j+1]+Vw[i+1]となる。そして、上記の式6から、メモリセルMC[i+1、j]に対応する第1のアナログデータと第2のアナログデータの積和値は、電流ΔI[j]からIoffset[j]を差し引いた電流、すなわち、Iout[j]に反映されることが分かる。また、メモリセルMC[i+1、j+1]に対応する第1のアナログデータと第2のアナログデータの積和値は、電流ΔI[j+1]からIoffset[j+1]を差し引いた電流、すなわち、Iout[j+1]に反映されることが分かる。 Assuming that when the wiring RW [i + 1] becomes the potential Vw [i + 1], the amount of change in the potential of the first electrode of the capacitive element C11 is substantially reflected in the amount of change in the potential of the node N, the memory shown in FIG. 20 The potential of the node N in the cell MC [i + 1, j] is VPR-Vx [i + 1, j] + Vw [i + 1], and the potential of the node N in the memory cell MC [i + 1, j + 1] is VPR-Vx [i + 1, j + 1] + Vw. It becomes [i + 1]. Then, from the above equation 6, the product sum value of the first analog data and the second analog data corresponding to the memory cells MC [i + 1, j] is the current obtained by subtracting the Offset [j] from the current ΔI [j]. That is, it can be seen that it is reflected in Iout [j]. Further, the product sum value of the first analog data and the second analog data corresponding to the memory cells MC [i + 1, j + 1] is the current obtained by subtracting the office [j + 1] from the current ΔI [j + 1], that is, Iout [j + 1]. ] It can be seen that it is reflected.
時刻T12が終了すると、配線RW[i+1]には、再度、基準電位である電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2が与えられる。 When the time T12 ends, the wiring RW [i + 1] is again given a potential between the potential VSS and the potential VDD, which is the reference potential, for example, the potential (whether + VSS) / 2.
次いで、時刻T15乃至時刻T16において、図20に示す配線RW[i]に第2のアナログ電位Vw[i]が与えられ、配線RW[i+1]に第2のアナログ電位Vw[i+1]が与えられる。具体的に、配線RW[i]の電位は、基準電位である電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2に対して電位差Vw[i]だけ高い電位となり、配線RW[i+1]の電位は、基準電位である電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2に対して電位差Vw[i+1]だけ高い電位となるが、以下説明を分かり易くするために、配線RW[i]の電位は電位Vw[i]であり、配線RW[i+1]の電位は電位Vw[i+1]であると仮定する。 Next, at time T15 to time T16, the wiring RW [i] shown in FIG. 20 is given a second analog potential Vw [i], and the wiring RW [i + 1] is given a second analog potential Vw [i + 1]. .. Specifically, the potential of the wiring RW [i] is higher by the potential difference Vw [i] with respect to the potential between the potential VSS and the potential VDD, which is the reference potential, for example, the potential (VDD + VSS) / 2, and the wiring RW [i] The potential of i + 1] is higher by the potential difference Vw [i + 1] with respect to the potential between the potential VSS and the potential VDD, which is the reference potential, for example, the potential (VDD + VSS) / 2, but in order to make the explanation below easy to understand. It is assumed that the potential of the wiring RW [i] is the potential Vw [i] and the potential of the wiring RW [i + 1] is the potential Vw [i + 1].
配線RW[i]が電位Vw[i]になると、容量素子C11の第1の電極の電位の変化量がほぼノードNの電位の変化量に反映されるものと仮定すると、図20に示すメモリセルMC[i、j]におけるノードNの電位はVPR-Vx[i、j]+Vw[i]となり、メモリセルMC[i、j+1]におけるノードNの電位はVPR-Vx[i、j+1]+Vw[i]となる。また、配線RW[i+1]が電位Vw[i+1]になると、容量素子C11の第1の電極の電位の変化量がほぼノードNの電位の変化量に反映されるものと仮定すると、図20に示すメモリセルMC[i+1、j]におけるノードNの電位はVPR-Vx[i+1、j]+Vw[i+1]となり、メモリセルMC[i+1、j+1]におけるノードNの電位はVPR-Vx[i+1、j+1]+Vw[i+1]となる。 Assuming that when the wiring RW [i] becomes the potential Vw [i], the amount of change in the potential of the first electrode of the capacitive element C11 is substantially reflected in the amount of change in the potential of the node N, the memory shown in FIG. 20 The potential of the node N in the cell MC [i, j] is VPR-Vx [i, j] + Vw [i], and the potential of the node N in the memory cell MC [i, j + 1] is VPR-Vx [i, j + 1] + Vw. It becomes [i]. Further, assuming that when the wiring RW [i + 1] becomes the potential Vw [i + 1], the amount of change in the potential of the first electrode of the capacitive element C11 is substantially reflected in the amount of change in the potential of the node N, FIG. 20 shows. The potential of the node N in the memory cell MC [i + 1, j] shown is VPR-Vx [i + 1, j] + Vw [i + 1], and the potential of the node N in the memory cell MC [i + 1, j + 1] is VPR-Vx [i + 1, j + 1]. ] + Vw [i + 1].
そして、上記の式6から、メモリセルMC[i、j]とメモリセルMC[i+1、j]とに対応する第1のアナログデータと第2のアナログデータの積和値は、電流ΔI[j]からIoffset[j]を差し引いた電流、すなわち、電流Iout[j]に反映されることが分かる。また、メモリセルMC[i、j+1]とメモリセルMC[i+1、j+1]とに対応する第1のアナログデータと第2のアナログデータの積和値は、電流ΔI[j+1]からIoffset[j+1]を差し引いた電流、すなわち、電流Iout[j+1]に反映されることが分かる。 Then, from the above equation 6, the product sum value of the first analog data and the second analog data corresponding to the memory cells MC [i, j] and the memory cells MC [i + 1, j] is the current ΔI [j]. ] And Ioffset [j] is subtracted, that is, it is reflected in the current Iout [j]. Further, the product sum value of the first analog data and the second analog data corresponding to the memory cell MC [i, j + 1] and the memory cell MC [i + 1, j + 1] is from the current ΔI [j + 1] to the office [j + 1]. It can be seen that it is reflected in the current obtained by subtracting, that is, the current Iout [j + 1].
時刻T16が終了すると、配線RW[i]および配線RW[i+1]には、再度、基準電位である電位VSSと電位VDDの間の電位、例えば電位(VDD+VSS)/2が与えられる。 When the time T16 ends, the wiring RW [i] and the wiring RW [i + 1] are again given a potential between the potential VSS and the potential VDD, which is the reference potential, for example, the potential (whether + VSS) / 2.
上記構成により、積和演算を小さな回路規模で行うことができる。また、上記構成により、積和演算を高速で行うことができる。また、上記構成により、低消費電力で積和演算を行うことができる。 With the above configuration, the product-sum operation can be performed on a small circuit scale. Further, with the above configuration, the product-sum operation can be performed at high speed. Further, with the above configuration, the product-sum calculation can be performed with low power consumption.
なお、トランジスタTr12、Tr22、Tr23、Tr25、またはTr26は、オフ電流が極めて低いトランジスタを用いることが望ましい。トランジスタTr12にオフ電流が極めて低いトランジスタを用いることにより、ノードNの電位の保持を長時間に渡って行うことができる。また、トランジスタTr22およびTr23にオフ電流が極めて低いトランジスタを用いることにより、トランジスタTr21のゲートの電位の保持を、長時間に渡って行うことができる。また、トランジスタTr25およびTr26にオフ電流が極めて低いトランジスタを用いることにより、トランジスタTr24のゲートの電位の保持を、長時間に渡って行うことができる。 As the transistor Tr12, Tr22, Tr23, Tr25, or Tr26, it is desirable to use a transistor having an extremely low off current. By using a transistor having an extremely low off current for the transistor Tr12, the potential of the node N can be maintained for a long period of time. Further, by using a transistor having an extremely low off current for the transistors Tr22 and Tr23, the potential of the gate of the transistor Tr21 can be maintained for a long time. Further, by using a transistor having an extremely low off current for the transistors Tr25 and Tr26, the potential of the gate of the transistor Tr24 can be maintained for a long time.
オフ電流が極めて低いトランジスタとしてOSトランジスタを用いればよい。チャネル幅で規格化したOSトランジスタのリーク電流は、ソースドレイン間電圧が10V、室温(25℃程度)の状態で10×10-21A/μm(10ゼプトA/μm)以下とすることが可能である。 An OS transistor may be used as a transistor having an extremely low off current. The leak current of the OS transistor standardized by the channel width can be 10 × 10-21 A / μm (10 Zepto A / μm) or less when the source-drain voltage is 10 V and the room temperature (about 25 ° C.) is normal. Is.
以上説明した半導体装置を用いることにより、ニューラルネットワーク207における積和演算を行うことができる。 By using the semiconductor device described above, the product-sum operation in the neural network 207 can be performed.
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。 This embodiment can be appropriately combined with the description of other embodiments.
(実施の形態3)
本実施の形態では、本発明の一態様の撮像表示装置に用いることのできる光電変換素子、表示素子、およびトランジスタについて、図面を参照して説明する。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, a photoelectric conversion element, a display element, and a transistor that can be used in the image pickup display device of one aspect of the present invention will be described with reference to the drawings.
図23(A)は、図4(A)に示す撮像表示装置110が有する画素の断面を説明する図である。層111は光電変換素子161としてフォトダイオードを有する。層112は、画素回路162を構成するトランジスタ等を有する。層113は表示素子163として発光素子を有する。
FIG. 23A is a diagram illustrating a cross section of a pixel included in the image
層111に含まれるフォトダイオードはシリコンを光電変換層とするpn型フォトダイオード、またはpin型フォトダイオードであり、層301、302、303を有する。
The photodiode included in the
例えば、層301はn型領域、層302はp-型領域、層303はp+型領域とすることができる。なお、層302をi型領域としてもよい。また、層302には、電源線と層301とを接続するための領域304が設けられる。例えば、領域304はp+型領域とすることができる。
For example, the
pn型またはpin型フォトダイオードは、代表的には単結晶シリコンを用いて形成することができる。また、pin接合型フォトダイオードは、非晶質シリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコンなどの薄膜を用いて形成してもよい。 The pn-type or pin-type photodiode can be typically formed by using single crystal silicon. Further, the pin junction type photodiode may be formed by using a thin film such as amorphous silicon, microcrystalline silicon, and polycrystalline silicon.
ここで、図23(A)では、層111と層112とを貼り合わせ工程で電気的な接続を得る構成例を示している。
Here, FIG. 23A shows a configuration example in which the
層111の第1面には、絶縁層362、ならびに絶縁層362に埋設された領域を有するように導電層353および導電層354が設けられる。導電層353は、層303と電気的に接続される。導電層354は、領域304と電気的に接続される。また、絶縁層362、導電層353および導電層354の表面は、それぞれが一致するように平坦化されている。
An insulating
層112の第1面には、絶縁層361、ならびに絶縁層361に埋設された領域を有するように導電層351および導電層352が設けられる。導電層351は、電源線と電気的に接続される。導電層352は、トランジスタ162aのソースまたはドレインと電気的に接続される。また、絶縁層361、導電層351および導電層352の表面は、それぞれが一致するように平坦化されている。
An insulating
ここで、導電層351および導電層353は、主成分が同一の金属元素であることが好ましい。導電層352および導電層354は、主成分が同一の金属元素であることが好ましい。また、絶縁層361および絶縁層362は、同一の成分で構成されていることが好ましい。
Here, it is preferable that the
例えば、導電層351、352、353、354には、Cu、Al、Sn、Zn、W、Ag、PtまたはAuなどを用いることができる。接合のしやすさから、好ましくはCu、Al、W、またはAuを用いる。また、絶縁層361、362には、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化酸化シリコン、窒化シリコン、窒化チタンなどを用いることができる。
For example, Cu, Al, Sn, Zn, W, Ag, Pt, Au, or the like can be used for the
つまり、導電層351および導電層353の組み合わせと、導電層352および導電層354の組み合わせのそれぞれに、上記に示す同一の金属材料を用いることが好ましい。また、絶縁層361および絶縁層362のそれぞれに、上記に示す同一の絶縁材料を用いることが好ましい。当該構成とすることで、層111と層112の境を接合位置とする、貼り合わせ工程を行うことができる。当該貼り合わせ工程によって、導電層351および導電層353の組み合わせと、導電層352および導電層354の組み合わせのそれぞれの電気的な接続を得ることができる。また、絶縁層361および絶縁層362の機械的な強度を有する接続を得ることができる。
That is, it is preferable to use the same metal material shown above for each of the combination of the
金属層同士の接合には、表面の酸化膜および不純物の吸着層などをスパッタリング処理などで除去し、清浄化および活性化した表面同士を接触させて接合する表面活性化接合法を用いることができる。または、温度と圧力を併用して表面同士を接合する拡散接合法などを用いることができる。どちらも原子レベルでの結合が起こるため、電気的だけでなく機械的にも優れた接合を得ることができる。 For bonding between metal layers, a surface-activated bonding method can be used in which the oxide film on the surface and the adsorption layer of impurities are removed by sputtering treatment or the like, and the cleaned and activated surfaces are brought into contact with each other for bonding. .. Alternatively, a diffusion bonding method or the like in which surfaces are bonded to each other by using both temperature and pressure can be used. In both cases, bonds occur at the atomic level, so excellent bonding can be obtained not only electrically but also mechanically.
また、絶縁層同士の接合には、研磨などによって高い平坦性を得たのち、酸素プラズマ等で親水性処理をした表面同士を接触させて仮接合し、熱処理による脱水で本接合を行う親水性接合法などを用いることができる。親水性接合法も原子レベルでの結合が起こるため、機械的に優れた接合を得ることができる。 In addition, for bonding between insulating layers, after obtaining high flatness by polishing or the like, the surfaces treated with hydrophilicity such as oxygen plasma are brought into contact with each other for temporary bonding, and then main bonding is performed by dehydration by heat treatment. A joining method or the like can be used. Since the hydrophilic bonding method also causes bonding at the atomic level, it is possible to obtain mechanically excellent bonding.
層111と、層112を貼り合わせる場合、それぞれの接合面には絶縁層と金属層が混在するため、例えば、表面活性化接合法および親水性接合法を組み合わせて行えばよい。
When the
例えば、研磨後に表面を清浄化し、金属層の表面に酸化防止処理を行ったのちに親水性処理を行って接合する方法などを用いることができる。また、金属層の表面をAuなどの難酸化性金属とし、親水性処理を行ってもよい。なお、上述した方法以外の接合方法を用いてもよい。 For example, a method can be used in which the surface is cleaned after polishing, the surface of the metal layer is subjected to an antioxidant treatment, and then a hydrophilic treatment is performed to join the metal layer. Further, the surface of the metal layer may be made of a refractory metal such as Au and subjected to hydrophilic treatment. A joining method other than the above-mentioned method may be used.
なお、同一のシリコン基板の第1の面にトランジスタ等を形成し、第1の面とは逆の面にフォトダイオードを形成する構成であってもよい。 A transistor or the like may be formed on the first surface of the same silicon substrate, and a photodiode may be formed on the surface opposite to the first surface.
層112は、シリコン基板370に設けられたSiトランジスタを有する。図23(A)において、Siトランジスタはシリコン基板370に活性領域を有するプレーナー型の構成を示しているが、図25(A)、(B)に示すように、シリコン基板370にフィン型の半導体層を有する構成であってもよい。または、図25(C)に示すように、シリコン薄膜の半導体層371を有するトランジスタであってもよい。半導体層371は、例えば、シリコン基板370上の絶縁層372上に形成された単結晶シリコン(SOI(Silicon on Insulator))とすることができる。
The
層113は、表示素子163として発光素子を有する。発光素子としては、自発光が可能な素子を用いることができ、電流または電圧によって輝度が制御される素子をその範疇に含んでいる。例えば、LED、有機EL素子、無機EL素子等を用いることができる。
The
発光素子は、トップエミッション型、ボトムエミッション型、デュアルエミッション型などがある。ここでは、層113の層112とは逆の方向に光を取り出すため、トップエミッション型を用いる。光を取り出す側の電極333には、可視光を透過する導電膜を用いる。また、光を取り出さない側の電極331には、可視光を反射する導電膜を用いることが好ましい。
The light emitting element includes a top emission type, a bottom emission type, and a dual emission type. Here, the top emission type is used in order to extract light in the direction opposite to that of the
電極331と電極333との間には、EL層332が設けられる。EL層332は少なくとも発光層を有する。EL層332は、発光層以外の層として、正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、正孔ブロック材料、電子輸送性の高い物質、電子注入性の高い物質、またはバイポーラ性の物質(電子輸送性および正孔輸送性が高い物質)等を含む層をさらに有していてもよい。
An
EL層332には低分子系化合物および高分子系化合物のいずれを用いることもでき、無機化合物を含んでいてもよい。EL層332を構成する層は、それぞれ、蒸着法(真空蒸着法を含む)、転写法、印刷法、インクジェット法、塗布法等の方法で形成することができる。
Either a low molecular weight compound or a high molecular weight compound can be used for the
陰極と陽極の間に、発光素子の閾値電圧より高い電圧を印加すると、EL層332に陽極側から正孔が注入され、陰極側から電子が注入される。注入された電子と正孔はEL層332において再結合し、EL層332に含まれる発光物質が発光する。
When a voltage higher than the threshold voltage of the light emitting element is applied between the cathode and the anode, holes are injected into the
発光素子として、白色発光の発光素子を適用する場合には、EL層332に2種類以上の発光物質を含む構成とすることが好ましい。例えば2以上の発光物質の各々の発光が補色の関係となるように、発光物質を選択することにより白色発光を得ることができる。例えば、それぞれR(赤)、G(緑)、B(青)、Y(黄)、O(橙)等の発光を示す発光物質、またはR、G、Bのうち2以上の色のスペクトル成分を含む発光を示す発光物質のうち、2以上を含むことが好ましい。また、発光素子からの発光のスペクトルが、可視光領域の波長(例えば350nm乃至750nm)の範囲内に2以上のピークを有する発光素子を適用することが好ましい。また、黄色の波長領域にピークを有する材料の発光スペクトルは、緑色および赤色の波長領域にもスペクトル成分を有する材料であることが好ましい。
When a white light emitting element is applied as the light emitting element, it is preferable that the
EL層332は、一つの色を発光する発光材料を含む発光層と、他の色を発光する発光材料を含む発光層とが積層された構成とすることが好ましい。例えば、EL層332における複数の発光層は、互いに接して積層されていてもよいし、いずれの発光材料も含まない領域を介して積層されていてもよい。例えば、蛍光発光層と燐光発光層との間に、当該蛍光発光層または燐光発光層と同一の材料(例えばホスト材料、アシスト材料)を含み、且ついずれの発光材料も含まない領域を設ける構成としてもよい。これにより、発光素子の作製が容易になり、また、駆動電圧が低減される。
The
また、発光素子は、EL層を1つ有するシングル素子であってもよいし、複数のEL層が電荷発生層を介して積層されたタンデム素子であってもよい。 Further, the light emitting element may be a single element having one EL layer, or may be a tandem element in which a plurality of EL layers are laminated via a charge generation layer.
可視光を透過する導電膜は、例えば、酸化インジウム、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、酸化亜鉛、ガリウムを添加した酸化亜鉛などを用いて形成することができる。また、金、銀、白金、マグネシウム、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、パラジウム、もしくはチタン等の金属材料、これら金属材料を含む合金、またはこれら金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等も、透光性を有する程度に薄く形成することで用いることができる。また、上記材料の積層膜を導電膜として用いることができる。例えば、銀とマグネシウムの合金とインジウム錫酸化物の積層膜などを用いると、導電性を高めることができるため好ましい。また、グラフェン等を用いてもよい。 The conductive film that transmits visible light can be formed by using, for example, indium oxide, indium tin oxide, indium zinc oxide, zinc oxide, zinc oxide added with gallium, or the like. Also, metal materials such as gold, silver, platinum, magnesium, nickel, tungsten, chromium, molybdenum, iron, cobalt, copper, palladium, or titanium, alloys containing these metal materials, or nitrides of these metal materials (eg,). Titanium nitride) or the like can also be used by forming it thin enough to have translucency. Further, the laminated film of the above material can be used as a conductive film. For example, it is preferable to use a laminated film of an alloy of silver and magnesium and an indium tin oxide because the conductivity can be enhanced. Further, graphene or the like may be used.
可視光を反射する導電膜は、例えば、アルミニウム、金、白金、銀、ニッケル、タングステン、クロム、モリブデン、鉄、コバルト、銅、もしくはパラジウム等の金属材料、またはこれら金属材料を含む合金を用いることができる。また、上記金属材料や合金に、ランタン、ネオジム、またはゲルマニウム等が添加されていてもよい。また、チタン、ニッケル、またはネオジムと、アルミニウムを含む合金(アルミニウム合金)を用いてもよい。また銅、パラジウム、マグネシウムと、銀を含む合金を用いてもよい。銀と銅を含む合金は、耐熱性が高いため好ましい。さらに、アルミニウム膜またはアルミニウム合金膜に接して金属膜または金属酸化物膜を積層することで、酸化を抑制することができる。このような金属膜、金属酸化物膜の材料としては、チタンや酸化チタンなどが挙げられる。また、上記可視光を透過する導電膜と金属材料からなる膜とを積層してもよい。例えば、銀とインジウム錫酸化物の積層膜、銀とマグネシウムの合金とインジウム錫酸化物の積層膜などを用いることができる。 As the conductive film that reflects visible light, for example, a metal material such as aluminum, gold, platinum, silver, nickel, tungsten, chromium, molybdenum, iron, cobalt, copper, or palladium, or an alloy containing these metal materials shall be used. Can be done. Further, lanthanum, neodymium, germanium or the like may be added to the above metal materials or alloys. Further, an alloy containing titanium, nickel, or neodymium and aluminum (aluminum alloy) may be used. Further, an alloy containing copper, palladium, magnesium and silver may be used. Alloys containing silver and copper are preferred because of their high heat resistance. Further, by laminating the metal film or the metal oxide film in contact with the aluminum film or the aluminum alloy film, oxidation can be suppressed. Examples of the material of such a metal film and a metal oxide film include titanium and titanium oxide. Further, the conductive film that transmits the visible light and the film made of a metal material may be laminated. For example, a laminated film of silver and indium tin oxide, a laminated film of an alloy of silver and magnesium and indium tin oxide, and the like can be used.
電極は、それぞれ、蒸着法やスパッタリング法を用いて形成すればよい。そのほか、インクジェット法などの吐出法、スクリーン印刷法などの印刷法、またはメッキ法を用いて形成することができる。 The electrodes may be formed by using a vapor deposition method or a sputtering method, respectively. In addition, it can be formed by using a ejection method such as an inkjet method, a printing method such as a screen printing method, or a plating method.
なお、上述した、発光層、ならびに正孔注入性の高い物質、正孔輸送性の高い物質、電子輸送性の高い物質、および電子注入性の高い物質、バイポーラ性の物質等を含む層は、それぞれ量子ドットなどの無機化合物や、高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)を有していてもよい。例えば、量子ドットを発光層に用いることで、発光材料として機能させることもできる。 The above-mentioned light emitting layer and the layer containing a substance having a high hole injecting property, a substance having a high hole transporting property, a substance having a high electron transporting property, a substance having a high electron injecting property, a bipolar substance, and the like are included. Each may have an inorganic compound such as a quantum dot or a polymer compound (oligoform, dendrimer, polymer, etc.). For example, by using quantum dots in the light emitting layer, it can be made to function as a light emitting material.
なお、量子ドット材料としては、コロイド状量子ドット材料、合金型量子ドット材料、コア・シェル型量子ドット材料、コア型量子ドット材料などを用いることができる。また、12族と16族、13族と15族、または14族と16族の元素グループを含む材料を用いてもよい。または、カドミウム、セレン、亜鉛、硫黄、リン、インジウム、テルル、鉛、ガリウム、ヒ素、アルミニウム等の元素を含む量子ドット材料を用いてもよい。
As the quantum dot material, a colloidal quantum dot material, an alloy type quantum dot material, a core / shell type quantum dot material, a core type quantum dot material, or the like can be used. Further, a material containing an element group of
発光素子上には、保護層として可視光を透過する基板382が接着層381を介してもうけられる。基板382としては、例えばガラス基板、樹脂フィルムなどを用いることができる。
A
接着層381としては、紫外線硬化型等の光硬化型接着剤、反応硬化型接着剤、熱硬化型接着剤、嫌気型接着剤などの各種硬化型接着剤を用いることができる。これら接着剤としてはエポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、イミド樹脂、PVC(ポリビニルクロライド)樹脂、PVB(ポリビニルブチラル)樹脂、EVA(エチレンビニルアセテート)樹脂等が挙げられる。特に、エポキシ樹脂等の透湿性が低い材料が好ましい。また、二液混合型の樹脂を用いてもよい。また、接着シート等を用いてもよい。
As the
また、上記樹脂に乾燥剤を含んでいてもよい。例えば、アルカリ土類金属の酸化物(酸化カルシウムや酸化バリウム等)のように、化学吸着によって水分を吸着する物質を用いることができる。または、ゼオライトやシリカゲル等のように、物理吸着によって水分を吸着する物質を用いてもよい。乾燥剤が含まれていると、水分などの不純物が素子に侵入することを抑制でき、表示パネルの信頼性が向上するため好ましい。 Further, the resin may contain a desiccant. For example, a substance that adsorbs water by chemisorption, such as an oxide of an alkaline earth metal (calcium oxide, barium oxide, etc.), can be used. Alternatively, a substance that adsorbs water by physical adsorption, such as zeolite or silica gel, may be used. It is preferable that a desiccant is contained because impurities such as moisture can be suppressed from entering the device and the reliability of the display panel is improved.
また、上記樹脂に屈折率の高いフィラーや光散乱部材を混合することにより、光取り出し効率を向上させることができる。例えば、酸化チタン、酸化バリウム、ゼオライト、ジルコニウム等を用いることができる。 Further, by mixing the resin with a filler having a high refractive index or a light scattering member, the light extraction efficiency can be improved. For example, titanium oxide, barium oxide, zeolite, zirconium and the like can be used.
また、白色発光の発光素子を適用する場合には、発光素子上にR(赤)、G(緑)、B(青)、Y(黄)、C(シアン)、M(マゼンタ)などの着色層を設けることにより、カラー画像を得ることができる。着色層に用いることのできる材料としては、金属材料、樹脂材料、顔料または染料が含まれた樹脂材料などが挙げられる。 When a white light emitting element is applied, R (red), G (green), B (blue), Y (yellow), C (cyan), M (magenta) and the like are colored on the light emitting element. By providing the layer, a color image can be obtained. Examples of the material that can be used for the colored layer include a metal material, a resin material, a resin material containing a pigment or a dye, and the like.
図23(B)は、図4(B)に示す撮像表示装置120が有する画素の断面を説明する図である。層115は光電変換素子161としてフォトダイオードを有する。層112は、画素回路162を構成するトランジスタ等を有する。層113は表示素子163として発光素子を有する。撮像表示装置120は、撮像表示装置110とはフォトダイオードの構成が異なる。層112および層113の構成は、撮像表示装置110の説明を参照できる。
FIG. 23 (B) is a diagram illustrating a cross section of a pixel included in the image
層115に示すフォトダイオードはセレン系材料を光電変換層とするpn型フォトダイオードであり、層391、392、393、394を有する。
The photodiode shown in the
層391は共通電極に相当し、可視光に対して高い透光性を有する導電層を用いることが好ましい。例えば、インジウム酸化物、錫酸化物、亜鉛酸化物、インジウム-錫酸化物、ガリウム-亜鉛酸化物、インジウム-ガリウム-亜鉛酸化物、またはグラフェンなどを用いることができる。なお、層391を省く構成とすることもできる。
The
層392、393は光電変換部である。層393としてはp型半導体であるセレン系材料を用い、層392としてはn型半導体であるガリウム酸化物などを用いることが好ましい。
セレン系材料を用いた光電変換素子は、可視光に対する外部量子効率が高い特性を有する。当該光電変換素子では、アバランシェ増倍効果を利用することにより、入射される光量に対する電子の増幅が大きい高感度のセンサとすることができる。また、セレン系材料は光吸収係数が高いため、光電変換層を薄膜で作製できるなどの生産上の利点を有する。セレン系材料の薄膜は、真空蒸着法またはスパッタ法などを用いて形成することができる。 A photoelectric conversion element using a selenium-based material has a characteristic of high external quantum efficiency with respect to visible light. In the photoelectric conversion element, by utilizing the avalanche multiplication effect, it is possible to obtain a highly sensitive sensor in which the amplification of electrons with respect to the amount of incident light is large. Further, since the selenium-based material has a high light absorption coefficient, it has a production advantage that the photoelectric conversion layer can be formed of a thin film. The thin film of the selenium-based material can be formed by a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, or the like.
セレン系材料としては、単結晶セレンや多結晶セレンなどの結晶性セレン、非晶質セレン、銅、インジウム、セレンの化合物(CIS)、または、銅、インジウム、ガリウム、セレンの化合物(CIGS)などを用いることができる。 Examples of the selenium-based material include crystalline selenium such as single-crystal selenium and polycrystalline selenium, amorphous selenium, copper, indium, and selenium compounds (CIS), or copper, indium, gallium, and selenium compounds (CIGS). Can be used.
n型半導体は、バンドギャップが広く、可視光に対して透光性を有する材料で形成することが好ましい。例えば、亜鉛酸化物、ガリウム酸化物、インジウム酸化物、錫酸化物、またはそれらが混在した酸化物などを用いることができる。また、これらの材料は正孔注入阻止層としての機能も有し、暗電流を小さくすることもできる。 The n-type semiconductor is preferably made of a material having a wide bandgap and translucency with respect to visible light. For example, zinc oxide, gallium oxide, indium oxide, tin oxide, or an oxide in which they are mixed can be used. In addition, these materials also have a function as a hole injection blocking layer, and can reduce the dark current.
層394は画素電極に相当し、低抵抗の金属層などを用いることが好ましい。例えば、アルミニウム、チタン、タングステン、タンタル、銀またはそれらの積層を用いることができる。
The
層115は、層112上に形成することができる。層394は層112に設けられた導電層351を介してトランジスタ162aのソースまたはドレインと電気的に接続される。層391は、導電層395および層112に設けられた導電層352を介して電源線と電気的に接続される。
The
図24(A)は、図5(A)に示す撮像表示装置130が有する画素の断面を説明する図である。層111は光電変換素子161としてフォトダイオードを有する。層112および層114は、画素回路167を構成するトランジスタ等を有する。層113は表示素子163として発光素子を有する。撮像表示装置130は、撮像表示装置110とは層114を有する点が異なる。層111、112および層113の構成は、撮像表示装置110の説明を参照できる。
FIG. 24A is a diagram illustrating a cross section of a pixel included in the image
層114は、OSトランジスタを有する。図24(A)において、OSトランジスタはセルフアライン型の構成を示しているが、図25(D)に示すように、ノンセルフアライン型のトップゲート型トランジスタであってもよい。
トランジスタ167a、167bはともにバックゲート365を有する構成を示しているが、いずれかがバックゲートを有する形態であってもよい。バックゲート365は、図25(E)に示すように、対向して設けられるトランジスタのフロントゲートと電気的に接続する場合がある。または、バックゲート365にフロントゲートとは異なる固定電位を供給することができる構成であってもよい。
Although the
OSトランジスタに用いる半導体材料としては、エネルギーギャップが2eV以上、好ましくは2.5eV以上、より好ましくは3eV以上である金属酸化物を用いることができる。代表的には、インジウムを含む酸化物半導体などであり、例えば、後述するCAC-OSなどを用いることができる。 As the semiconductor material used for the OS transistor, a metal oxide having an energy gap of 2 eV or more, preferably 2.5 eV or more, more preferably 3 eV or more can be used. A typical example is an oxide semiconductor containing indium, and for example, CAC-OS, which will be described later, can be used.
半導体層は、例えばインジウム、亜鉛およびM(アルミニウム、チタン、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、ランタン、セリウム、スズ、ネオジムまたはハフニウム等の金属)を含むIn-M-Zn系酸化物で表記される膜とすることができる。 The semiconductor layer is represented by an In—M—Zn based oxide containing, for example, indium, zinc and M (metals such as aluminum, titanium, gallium, germanium, ittrium, zirconium, lanthanum, cerium, tin, neodymium or hafnium). It can be a membrane.
半導体層を構成する酸化物半導体がIn-M-Zn系酸化物の場合、In-M-Zn酸化物を成膜するために用いるスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比は、In≧M、Zn≧Mを満たすことが好ましい。このようなスパッタリングターゲットの金属元素の原子数比として、In:M:Zn=1:1:1、In:M:Zn=1:1:1.2、In:M:Zn=3:1:2、In:M:Zn=4:2:3、In:M:Zn=4:2:4.1、In:M:Zn=5:1:6、In:M:Zn=5:1:7、In:M:Zn=5:1:8等が好ましい。なお、成膜される半導体層の原子数比はそれぞれ、上記のスパッタリングターゲットに含まれる金属元素の原子数比のプラスマイナス40%の変動を含む。 When the oxide semiconductor constituting the semiconductor layer is an In—M—Zn-based oxide, the atomic number ratio of the metal element of the sputtering target used for forming the In—M—Zn oxide is In ≧ M, Zn. It is preferable to satisfy ≧ M. The atomic number ratios of the metal elements of such a sputtering target are In: M: Zn = 1: 1: 1, In: M: Zn = 1: 1: 1.2, In: M: Zn = 3: 1: 1. 2, In: M: Zn = 4: 2: 3, In: M: Zn = 4: 2: 4.1, In: M: Zn = 5: 1: 6, In: M: Zn = 5: 1: 1. 7, In: M: Zn = 5: 1: 8 and the like are preferable. The atomic number ratio of the semiconductor layer to be formed includes a variation of plus or minus 40% of the atomic number ratio of the metal element contained in the sputtering target.
半導体層としては、キャリア密度の低い酸化物半導体を用いる。例えば、半導体層は、キャリア密度が1×1017/cm3以下、好ましくは1×1015/cm3以下、さらに好ましくは1×1013/cm3以下、より好ましくは1×1011/cm3以下、さらに好ましくは1×1010/cm3未満であり、1×10-9/cm3以上のキャリア密度の酸化物半導体を用いることができる。そのような酸化物半導体を、高純度真性または実質的に高純度真性な酸化物半導体と呼ぶ。これにより不純物濃度が低く、欠陥準位密度が低いため、安定な特性を有する酸化物半導体であるといえる。 As the semiconductor layer, an oxide semiconductor having a low carrier density is used. For example, the semiconductor layer has a carrier density of 1 × 10 17 / cm 3 or less, preferably 1 × 10 15 / cm 3 or less, more preferably 1 × 10 13 / cm 3 or less, and more preferably 1 × 10 11 / cm. Oxide semiconductors having a carrier density of 3 or less, more preferably less than 1 × 10 10 / cm 3 and a carrier density of 1 × 10 -9 / cm 3 or more can be used. Such oxide semiconductors are referred to as high-purity intrinsic or substantially high-purity intrinsic oxide semiconductors. As a result, the impurity concentration is low and the defect level density is low, so that it can be said that the oxide semiconductor has stable characteristics.
なお、これらに限られず、必要とするトランジスタの半導体特性および電気特性(電界効果移動度、しきい値電圧等)に応じて適切な組成のものを用いればよい。また、必要とするトランジスタの半導体特性を得るために、半導体層のキャリア密度や不純物濃度、欠陥密度、金属元素と酸素の原子数比、原子間距離、密度等を適切なものとすることが好ましい。 Not limited to these, a transistor having an appropriate composition may be used according to the required semiconductor characteristics and electrical characteristics (field effect mobility, threshold voltage, etc.) of the transistor. Further, in order to obtain the required semiconductor characteristics of the semiconductor, it is preferable that the carrier density, the impurity concentration, the defect density, the atomic number ratio between the metal element and oxygen, the interatomic distance, the density, etc. of the semiconductor layer are appropriate. ..
半導体層を構成する酸化物半導体において、第14族元素の一つであるシリコンや炭素が含まれると、酸素欠損が増加し、n型化してしまう。このため、半導体層におけるシリコンや炭素の濃度(二次イオン質量分析法により得られる濃度)を、2×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1017atoms/cm3以下とする。 If silicon or carbon, which is one of the Group 14 elements, is contained in the oxide semiconductor constituting the semiconductor layer, oxygen deficiency increases and the semiconductor layer becomes n-type. Therefore, the concentration of silicon or carbon in the semiconductor layer (concentration obtained by secondary ion mass spectrometry) is set to 2 × 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 2 × 10 17 atoms / cm 3 or less.
また、アルカリ金属およびアルカリ土類金属は、酸化物半導体と結合するとキャリアを生成する場合があり、トランジスタのオフ電流が増大してしまうことがある。このため、半導体層におけるアルカリ金属またはアルカリ土類金属の濃度(二次イオン質量分析法により得られる濃度)を、1×1018atoms/cm3以下、好ましくは2×1016atoms/cm3以下にする。 In addition, alkali metals and alkaline earth metals may generate carriers when combined with oxide semiconductors, which may increase the off-current of the transistor. Therefore, the concentration of the alkali metal or alkaline earth metal in the semiconductor layer (concentration obtained by secondary ion mass spectrometry) is 1 × 10 18 atoms / cm 3 or less, preferably 2 × 10 16 atoms / cm 3 or less. To.
また、半導体層を構成する酸化物半導体に窒素が含まれていると、キャリアである電子が生じてキャリア密度が増加し、n型化しやすい。この結果、窒素が含まれている酸化物半導体を用いたトランジスタはノーマリーオン特性となりやすい。このため半導体層における窒素濃度(二次イオン質量分析法により得られる濃度)は、5×1018atoms/cm3以下にすることが好ましい。 Further, when nitrogen is contained in the oxide semiconductor constituting the semiconductor layer, electrons as carriers are generated, the carrier density increases, and the n-type is easily formed. As a result, a transistor using an oxide semiconductor containing nitrogen tends to have normally-on characteristics. Therefore, the nitrogen concentration in the semiconductor layer (concentration obtained by secondary ion mass spectrometry) is preferably 5 × 10 18 atoms / cm 3 or less.
また、半導体層は、例えば非単結晶構造でもよい。非単結晶構造は、例えば、c軸に配向した結晶を有するCAAC-OS(C-Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor、または、C-Axis Aligned and A-B-plane Anchored Crystalline Oxide Semiconductor)、多結晶構造、微結晶構造、または非晶質構造を含む。非単結晶構造において、非晶質構造は最も欠陥準位密度が高く、CAAC-OSは最も欠陥準位密度が低い。 Further, the semiconductor layer may have, for example, a non-single crystal structure. The non-single crystal structure is, for example, a CAAC-OS (C-Axis Aligned Crystalline Oxide Semiconductor or C-Axis Aligned and AB-plane Amorphous Crystal, Polycrystal) having crystals oriented on the c-axis. Includes microcrystalline or amorphous structures. In the non-single crystal structure, the amorphous structure has the highest defect level density, and CAAC-OS has the lowest defect level density.
非晶質構造の酸化物半導体膜は、例えば、原子配列が無秩序であり、結晶成分を有さない。または、非晶質構造の酸化物膜は、例えば、完全な非晶質構造であり、結晶部を有さない。 The oxide semiconductor film having an amorphous structure has, for example, a disordered atomic arrangement and has no crystal component. Alternatively, the oxide film having an amorphous structure is, for example, a completely amorphous structure and has no crystal portion.
なお、半導体層が、非晶質構造の領域、微結晶構造の領域、多結晶構造の領域、CAAC-OSの領域、単結晶構造の領域のうち、二種以上を有する混合膜であってもよい。混合膜は、例えば上述した領域のうち、いずれか二種以上の領域を含む単層構造、または積層構造を有する場合がある。 Even if the semiconductor layer is a mixed film having two or more of an amorphous structure region, a microcrystal structure region, a polycrystal structure region, a CAAC-OS region, and a single crystal structure region. good. The mixed film may have, for example, a single-layer structure or a laminated structure including any two or more of the above-mentioned regions.
以下では、非単結晶の半導体層の一態様であるCAC(Cloud-Aligned Composite)-OSの構成について説明する。 Hereinafter, the configuration of the CAC (Cloud-Aligned Complex) -OS, which is one aspect of the non-single crystal semiconductor layer, will be described.
CAC-OSとは、例えば、酸化物半導体を構成する元素が、0.5nm以上10nm以下、好ましくは、1nm以上2nm以下、またはその近傍のサイズで偏在した材料の一構成である。なお、以下では、酸化物半導体において、一つあるいはそれ以上の金属元素が偏在し、該金属元素を有する領域が、0.5nm以上10nm以下、好ましくは、1nm以上2nm以下、またはその近傍のサイズで混合した状態をモザイク状、またはパッチ状ともいう。 The CAC-OS is, for example, a composition of a material in which the elements constituting the oxide semiconductor are unevenly distributed in a size of 0.5 nm or more and 10 nm or less, preferably 1 nm or more and 2 nm or less, or in the vicinity thereof. In the following, in the oxide semiconductor, one or more metal elements are unevenly distributed, and the region having the metal elements is 0.5 nm or more and 10 nm or less, preferably 1 nm or more and 2 nm or less, or a size in the vicinity thereof. The state of being mixed in is also called a mosaic shape or a patch shape.
なお、酸化物半導体は、少なくともインジウムを含むことが好ましい。特にインジウムおよび亜鉛を含むことが好ましい。また、それらに加えて、アルミニウム、ガリウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれていてもよい。 The oxide semiconductor preferably contains at least indium. In particular, it preferably contains indium and zinc. Also, in addition to them, aluminum, gallium, ittrium, copper, vanadium, beryllium, boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lantern, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, or magnesium, etc. One or more selected from the above may be included.
例えば、In-Ga-Zn酸化物におけるCAC-OS(CAC-OSの中でもIn-Ga-Zn酸化物を、特にCAC-IGZOと呼称してもよい。)とは、インジウム酸化物(以下、InOX1(X1は0よりも大きい実数)とする。)、またはインジウム亜鉛酸化物(以下、InX2ZnY2OZ2(X2、Y2、およびZ2は0よりも大きい実数)とする。)と、ガリウム酸化物(以下、GaOX3(X3は0よりも大きい実数)とする。)、またはガリウム亜鉛酸化物(以下、GaX4ZnY4OZ4(X4、Y4、およびZ4は0よりも大きい実数)とする。)などと、に材料が分離することでモザイク状となり、モザイク状のInOX1、またはInX2ZnY2OZ2が、膜中に均一に分布した構成(以下、クラウド状ともいう。)である。 For example, CAC-OS in In-Ga-Zn oxide (In-Ga-Zn oxide may be particularly referred to as CAC-IGZO in CAC-OS) is an indium oxide (hereinafter, InO). X1 (X1 is a real number larger than 0), or indium zinc oxide (hereinafter, In X2 Zn Y2 O Z2 (X2, Y2, and Z2 are real numbers larger than 0)) and gallium. With an oxide (hereinafter, GaO X3 (X3 is a real number larger than 0)) or gallium zinc oxide (hereinafter, Ga X4 Zn Y4 O Z4 (X4, Y4, and Z4 are real numbers larger than 0)). In _ _ _ be.
つまり、CAC-OSは、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1が主成分である領域とが、混合している構成を有する複合酸化物半導体である。なお、本明細書において、例えば、第1の領域の元素Mに対するInの原子数比が、第2の領域の元素Mに対するInの原子数比よりも大きいことを、第1の領域は、第2の領域と比較して、Inの濃度が高いとする。
That is, the CAC-OS is a composite oxide semiconductor having a structure in which a region containing GaO X3 as a main component and a region containing In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 as a main component are mixed. In the present specification, for example, the atomic number ratio of In to the element M in the first region is larger than the atomic number ratio of In to the element M in the second region. It is assumed that the concentration of In is higher than that in the
なお、IGZOは通称であり、In、Ga、Zn、およびOによる1つの化合物をいう場合がある。代表例として、InGaO3(ZnO)m1(m1は自然数)、またはIn(1+x0)Ga(1-x0)O3(ZnO)m0(-1≦x0≦1、m0は任意数)で表される結晶性の化合物が挙げられる。 In addition, IGZO is a common name and may refer to one compound consisting of In, Ga, Zn, and O. As a typical example, it is represented by InGaO 3 (ZnO) m1 (m1 is a natural number) or In (1 + x0) Ga (1-x0) O 3 (ZnO) m0 (-1≤x0≤1 and m0 is an arbitrary number). Crystalline compounds can be mentioned.
上記結晶性の化合物は、単結晶構造、多結晶構造、またはCAAC構造を有する。なお、CAAC構造とは、複数のIGZOのナノ結晶がc軸配向を有し、かつa-b面においては配向せずに連結した結晶構造である。 The crystalline compound has a single crystal structure, a polycrystalline structure, or a CAAC structure. The CAAC structure is a crystal structure in which a plurality of IGZO nanocrystals have a c-axis orientation and are connected without being oriented on the ab plane.
一方、CAC-OSは、酸化物半導体の材料構成に関する。CAC-OSとは、In、Ga、Zn、およびOを含む材料構成において、一部にGaを主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にInを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。したがって、CAC-OSにおいて、結晶構造は副次的な要素である。 On the other hand, CAC-OS relates to the material composition of oxide semiconductors. CAC-OS is a region that is observed in the form of nanoparticles mainly composed of Ga in a material structure containing In, Ga, Zn, and O, and nanoparticles mainly composed of In. The regions observed in the shape are randomly dispersed in a mosaic pattern. Therefore, in CAC-OS, the crystal structure is a secondary element.
なお、CAC-OSは、組成の異なる二種類以上の膜の積層構造は含まないものとする。例えば、Inを主成分とする膜と、Gaを主成分とする膜との2層からなる構造は、含まない。 The CAC-OS does not include a laminated structure of two or more types of films having different compositions. For example, it does not include a structure consisting of two layers, a film containing In as a main component and a film containing Ga as a main component.
なお、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1が主成分である領域とは、明確な境界が観察できない場合がある。 In some cases, a clear boundary cannot be observed between the region containing GaO X3 as the main component and the region containing In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 as the main component.
なお、ガリウムの代わりに、アルミニウム、イットリウム、銅、バナジウム、ベリリウム、ホウ素、シリコン、チタン、鉄、ニッケル、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン、セリウム、ネオジム、ハフニウム、タンタル、タングステン、またはマグネシウムなどから選ばれた一種、または複数種が含まれている場合、CAC-OSは、一部に該金属元素を主成分とするナノ粒子状に観察される領域と、一部にInを主成分とするナノ粒子状に観察される領域とが、それぞれモザイク状にランダムに分散している構成をいう。 Instead of gallium, choose from aluminum, ittrium, copper, vanadium, beryllium, boron, silicon, titanium, iron, nickel, germanium, zirconium, molybdenum, lantern, cerium, neodymium, hafnium, tantalum, tungsten, or magnesium. When one or more of these species are contained, CAC-OS has a region observed in the form of nanoparticles mainly composed of the metal element and a nano portion containing In as a main component. The regions observed in the form of particles refer to a configuration in which the regions are randomly dispersed in a mosaic pattern.
CAC-OSは、例えば基板を意図的に加熱しない条件で、スパッタリング法により形成することができる。また、CAC-OSをスパッタリング法で形成する場合、成膜ガスとして、不活性ガス(代表的にはアルゴン)、酸素ガス、および窒素ガスの中から選ばれたいずれか一つまたは複数を用いればよい。また、成膜時の成膜ガスの総流量に対する酸素ガスの流量比は低いほど好ましく、例えば酸素ガスの流量比を0%以上30%未満、好ましくは0%以上10%以下とすることが好ましい。 The CAC-OS can be formed by a sputtering method, for example, under the condition that the substrate is not intentionally heated. When the CAC-OS is formed by the sputtering method, one or more selected from an inert gas (typically argon), an oxygen gas, and a nitrogen gas may be used as the film forming gas. good. Further, the lower the flow rate ratio of the oxygen gas to the total flow rate of the film-forming gas at the time of film formation is preferable, and for example, the flow rate ratio of the oxygen gas is preferably 0% or more and less than 30%, preferably 0% or more and 10% or less. ..
CAC-OSは、X線回折(XRD:X-ray diffraction)測定法のひとつであるOut-of-plane法によるθ/2θスキャンを用いて測定したときに、明確なピークが観察されないという特徴を有する。すなわち、X線回折から、測定領域のa-b面方向、およびc軸方向の配向は見られないことが分かる。 CAC-OS is characterized by the fact that no clear peak is observed when measured using the θ / 2θ scan by the Out-of-plane method, which is one of the X-ray diffraction (XRD) measurement methods. Have. That is, from the X-ray diffraction, it can be seen that the orientation of the measurement region in the ab plane direction and the c-axis direction is not observed.
また、CAC-OSは、プローブ径が1nmの電子線(ナノビーム電子線ともいう。)を照射することで得られる電子線回折パターンにおいて、リング状に輝度の高い領域と、該リング領域に複数の輝点が観測される。したがって、電子線回折パターンから、CAC-OSの結晶構造が、平面方向、および断面方向において、配向性を有さないnc(nano-crystal)構造を有することがわかる。 Further, CAC-OS has a ring-shaped high-brightness region and a plurality of ring regions in an electron beam diffraction pattern obtained by irradiating an electron beam having a probe diameter of 1 nm (also referred to as a nanobeam electron beam). Bright spots are observed. Therefore, from the electron diffraction pattern, it can be seen that the crystal structure of CAC-OS has an nc (nano-crystal) structure having no orientation in the planar direction and the cross-sectional direction.
また、例えば、In-Ga-Zn酸化物におけるCAC-OSでは、エネルギー分散型X線分光法(EDX:Energy Dispersive X-ray spectroscopy)を用いて取得したEDXマッピングにより、GaOX3が主成分である領域と、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1が主成分である領域とが、偏在し、混合している構造を有することが確認できる。 Further, for example, in CAC-OS in In-Ga-Zn oxide, GaO X3 is the main component by EDX mapping obtained by using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). It can be confirmed that the region and the region containing In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 as a main component have a structure in which they are unevenly distributed and mixed.
CAC-OSは、金属元素が均一に分布したIGZO化合物とは異なる構造であり、IGZO化合物と異なる性質を有する。つまり、CAC-OSは、GaOX3などが主成分である領域と、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1が主成分である領域と、に互いに相分離し、各元素を主成分とする領域がモザイク状である構造を有する。 CAC-OS has a structure different from that of the IGZO compound in which metal elements are uniformly distributed, and has properties different from those of the IGZO compound. That is, the CAC-OS is phase-separated into a region containing GaO X3 or the like as a main component and a region containing In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 as a main component, and a region containing each element as a main component. Has a mosaic-like structure.
ここで、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1が主成分である領域は、GaOX3などが主成分である領域と比較して、導電性が高い領域である。つまり、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1が主成分である領域を、キャリアが流れることにより、酸化物半導体としての導電性が発現する。したがって、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1が主成分である領域が、酸化物半導体中にクラウド状に分布することで、高い電界効果移動度(μ)が実現できる。 Here, the region in which In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 is the main component is a region having higher conductivity than the region in which GaO X3 or the like is the main component. That is, the conductivity as an oxide semiconductor is exhibited by the carrier flowing through the region where In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 is the main component. Therefore, a high field effect mobility (μ) can be realized by distributing the region containing In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 as a main component in the oxide semiconductor in a cloud shape.
一方、GaOX3などが主成分である領域は、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1が主成分である領域と比較して、絶縁性が高い領域である。つまり、GaOX3などが主成分である領域が、酸化物半導体中に分布することで、リーク電流を抑制し、良好なスイッチング動作を実現できる。 On the other hand, the region in which GaO X3 or the like is the main component is a region having higher insulating properties than the region in which In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 is the main component. That is, since the region containing GaO X3 or the like as the main component is distributed in the oxide semiconductor, leakage current can be suppressed and good switching operation can be realized.
したがって、CAC-OSを半導体素子に用いた場合、GaOX3などに起因する絶縁性と、InX2ZnY2OZ2、またはInOX1に起因する導電性とが、相補的に作用することにより、高いオン電流(Ion)、および高い電界効果移動度(μ)を実現することができる。 Therefore, when CAC-OS is used for a semiconductor element, the insulating property caused by GaO X3 and the like and the conductivity caused by In X2 Zn Y2 O Z2 or InO X1 act in a complementary manner, so that the insulation is high. On current (Ion) and high field effect mobility (μ) can be achieved.
また、CAC-OSを用いた半導体素子は、信頼性が高い。したがって、CAC-OSは、様々な半導体装置の構成材料として適している。 Further, the semiconductor element using CAC-OS has high reliability. Therefore, CAC-OS is suitable as a constituent material for various semiconductor devices.
OSトランジスタが形成される領域とSiトランジスタが形成される領域との間には、水素の拡散を防止する機能を有する絶縁層385が設けられる。トランジスタ165a、165bの活性領域近傍に設けられる絶縁層中の水素はシリコンのダングリングボンドを終端する。一方、トランジスタ167a、167bの活性層である酸化物半導体層の近傍に設けられる絶縁層中の水素は、酸化物半導体層中にキャリアを生成する要因の一つとなる。
An insulating
絶縁層385により、一方の層に水素を閉じ込めることでトランジスタ165a、165bの信頼性を向上させることができる。また、一方の層から他方の層への水素の拡散が抑制されることでトランジスタ167a、167bの信頼性も向上させることができる。
The insulating
絶縁層385としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化窒化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化窒化ガリウム、酸化イットリウム、酸化窒化イットリウム、酸化ハフニウム、酸化窒化ハフニウム、イットリア安定化ジルコニア(YSZ)等を用いることができる。
As the insulating
図24(B)は、図5(B)に示す撮像表示装置140が有する画素の断面を説明する図である。層115は光電変換素子161としてフォトダイオードを有する。層112および層114は、画素回路167を構成するトランジスタ等を有する。層113は表示素子163として発光素子を有する。撮像表示装置140は、撮像表示装置120とは層114を有する点が異なる。層112、113、114、115の構成は、撮像表示装置110乃至130の説明を参照できる。
FIG. 24B is a diagram illustrating a cross section of a pixel included in the image
図26(A)は、本発明の一態様の撮像表示装置の撮像部101上にカラーフィルタ等を付加した例を示す断面図である。当該断面図では、3画素分の画素回路を有する領域の一部を示している。光電変換素子161が形成される層111または層115上には、絶縁層400が形成される。絶縁層400は可視光に対して透光性の高い酸化シリコン膜などを用いることができる。また、パッシベーション膜として窒化シリコン膜を積層してもよい。また、反射防止膜として、酸化ハフニウムなどの誘電体膜を積層してもよい。
FIG. 26A is a cross-sectional view showing an example in which a color filter or the like is added on the
絶縁層400上には、遮光層410が形成されてもよい。遮光層410は、上部のカラーフィルタを通る光の混色を防止する機能を有する。遮光層410には、アルミニウム、タングステンなどの金属層を用いることができる。また、当該金属層と反射防止膜としての機能を有する誘電体膜を積層してもよい。
A light-
絶縁層400および遮光層410上には、平坦化膜として有機樹脂層420を設けることができる。また、画素別にカラーフィルタ430(カラーフィルタ430a、カラーフィルタ430b、カラーフィルタ430c)が形成される。例えば、カラーフィルタ430a、カラーフィルタ430bおよびカラーフィルタ430cに、R(赤)、G(緑)、B(青)、Y(黄)、C(シアン)、M(マゼンタ)などの色を割り当てることにより、カラー画像を得ることができる。
An
なお、光電変換素子161上にカラーフィルタを設ける場合、表示素子163上には同色のカラーフィルタを設けることが好ましい。なお、光電変換素子161上のカラーフィルタをベイヤー配列とした場合は、表示素子163上のカラーフィルタもベイヤー配列とするなど、両者とも同じ配列とする。
When a color filter is provided on the
カラーフィルタ430上には、可視光に対して透光性を有する絶縁層460などを設けることができる。
An insulating
また、図26(B)に示すように、カラーフィルタ430の代わりに光学変換層450を用いてもよい。このような構成とすることで、様々な波長領域における画像が得られる撮像装置とすることができる。
Further, as shown in FIG. 26B, an
例えば、光学変換層450に可視光線の波長以下の光を遮るフィルタを用いれば赤外線撮像装置とすることができる。また、光学変換層450に近赤外線の波長以下の光を遮るフィルタを用いれば遠赤外線撮像装置とすることができる。また、光学変換層450に可視光線の波長以上の光を遮るフィルタを用いれば紫外線撮像装置とすることができる。
For example, an infrared image pickup device can be obtained by using a filter that blocks light having a wavelength equal to or lower than that of visible light in the
また、光学変換層450にシンチレータを用いれば、X線撮像装置などに用いる、放射線の強弱を可視化した画像を得る撮像装置とすることができる。被写体を透過したX線等の放射線がシンチレータに入射されると、フォトルミネッセンス現象により可視光線や紫外光線などの光(蛍光)に変換される。そして、当該光を光電変換素子161で検知することにより画像データを取得する。また、放射線検出器などに当該構成の撮像装置を用いてもよい。
Further, if a scintillator is used for the
シンチレータは、X線やガンマ線などの放射線が照射されると、そのエネルギーを吸収して可視光や紫外光を発する物質を含む。例えば、Gd2O2S:Tb、Gd2O2S:Pr、Gd2O2S:Eu、BaFCl:Eu、NaI、CsI、CaF2、BaF2、CeF3、LiF、LiI、ZnOなどを樹脂やセラミクスに分散させたものを用いることができる。 The scintillator contains a substance that absorbs the energy of radiation such as X-rays and gamma rays and emits visible light and ultraviolet light. For example, Gd 2 O 2 S: Tb, Gd 2 O 2 S: Pr, Gd 2 O 2 S: Eu, BaFCl: Eu, NaI, CsI, CaF 2 , BaF 2 , CeF 3 , LiF, LiI, ZnO and the like. Those dispersed in resin or ceramics can be used.
なお、セレン系材料を用いた光電変換素子161においては、X線等の放射線を電荷に直接変換することができるため、シンチレータを不要とする構成とすることもできる。
In the
また、図26(C)に示すように、カラーフィルタ430a、カラーフィルタ430bおよびカラーフィルタ430c上にマイクロレンズアレイ440を設けてもよい。マイクロレンズアレイ440が有する個々のレンズを通る光が直下のカラーフィルタを通り、光電変換素子161に照射されるようになる。また、図26(B)に示す光学変換層450上にマイクロレンズアレイ440を設けてもよい。
Further, as shown in FIG. 26C, a
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。 This embodiment can be appropriately combined with the description of other embodiments.
(実施の形態4)
本発明の一態様に係る撮像表示装置を用いることができる電子機器の具体例を図27に示す。
(Embodiment 4)
FIG. 27 shows a specific example of an electronic device that can use the image pickup display device according to one aspect of the present invention.
図27(A)はスマートグラスであり、本体901の内部に本発明の一態様の撮像表示装置902、対物レンズ903および接眼レンズ904を有する。ベルト905を用いて頭部に固定し、外の映像に加えてAR表示で情報を見ることができる。また、外の映像を遮断し、外部から入力された映像を見るヘッドマウントディスプレイとしても利用できる。
FIG. 27A is a smart glass, which has an image
図27(B)は双眼鏡であり、鏡筒911の内部に本発明の一態様の撮像表示装置912、対物レンズ913および接眼レンズ914を有する。倍率の高い対物レンズ913を備えており、遠方の被写体に対してもAR表示で情報を見ることができる。また、単眼鏡や望遠鏡でも同様の構成とすることができる。
FIG. 27B shows binoculars, which have an image
図27(C)は暗視スコープであり、鏡筒921の内部に本発明の一態様の撮像表示装置922、対物レンズ923および接眼レンズ924を有する。基本的には上記双眼鏡と同様の構成であるが、赤外線照射装置925も備える。赤外線を被写体に照射することで、闇夜でも視認性の高い撮像および表示を行うことができる。
FIG. 27C is a night-vision scope, which has an image
本実施の形態は、他の実施の形態の記載と適宜組み合わせることができる。 This embodiment can be appropriately combined with the description of other embodiments.
10 光電変換素子
11 表示素子
12 表示素子
C11 容量素子
C21 容量素子
C22 容量素子
Tr11 トランジスタ
Tr12 トランジスタ
Tr21 トランジスタ
Tr22 トランジスタ
Tr23 トランジスタ
Tr24 トランジスタ
Tr25 トランジスタ
Tr26 トランジスタ
Tr27 トランジスタ
Tr28 トランジスタ
51 トランジスタ
52 トランジスタ
53 トランジスタ
54 トランジスタ
55 トランジスタ
56 トランジスタ
57 トランジスタ
58 トランジスタ
59 トランジスタ
60 容量素子
61 トランジスタ
62 トランジスタ
63 トランジスタ
64 容量素子
71 配線
72 配線
73 配線
74 配線
75 配線
76 配線
77 配線
78 配線
79 配線
80 配線
81 配線
82 配線
83 配線
84 配線
85 配線
86 配線
87 配線
100 撮像表示装置
101 撮像部
102 表示部
102a 回路部
103 レンズ
104 レンズ
105 被写体
106 視認者
110 撮像表示装置
111 層
112 層
113 層
114 層
115 層
120 撮像表示装置
130 撮像表示装置
140 撮像表示装置
150 領域
151 領域
152 領域
152a 回路
152b 回路
152c 回路
152d 回路
152e 回路
152f 回路
152g 回路
152h 回路
153 領域
154 領域
155 領域
155a 回路
155b 回路
161 光電変換素子
162 画素回路
162a トランジスタ
162b トランジスタ
163 表示素子
165a トランジスタ
165b トランジスタ
166 接続部
167 画素回路
167a トランジスタ
167b トランジスタ
171 画素回路
172 画素回路
173 画素回路
174 画素回路
175 画素回路
176 画素回路
177 画素回路
178 画素回路
179 画素回路
180 画素回路
200 データ処理部
201 演算部
202 画像処理部
203 位置センサ
204 入出力部
205 記憶部
206 サーバ
207 ニューラルネットワーク
208 記憶媒体
301 層
302 層
303 層
304 領域
331 電極
332 EL層
333 電極
351 導電層
352 導電層
353 導電層
354 導電層
361 絶縁層
362 絶縁層
365 バックゲート
370 シリコン基板
371 半導体層
372 絶縁層
381 接着層
382 基板
385 絶縁層
391 層
392 層
393 層
394 層
395 導電層
400 絶縁層
410 遮光層
420 有機樹脂層
430 カラーフィルタ
430a カラーフィルタ
430b カラーフィルタ
430c カラーフィルタ
440 マイクロレンズアレイ
450 光学変換層
460 絶縁層
501 入力層
502 中間層
503 出力層
505 サーバ
600 半導体装置
610 記憶回路
620 参照用記憶回路
630 回路
640 回路
650 電流源回路
901 本体
902 撮像表示装置
903 対物レンズ
904 接眼レンズ
905 ベルト
911 鏡筒
912 撮像表示装置
913 対物レンズ
914 接眼レンズ
921 鏡筒
922 撮像表示装置
923 対物レンズ
924 接眼レンズ
925 赤外線照射装置
10 Photoelectric conversion element 11 Display element 12 Display element C11 Capacitive element C21 Capacitive element C22 Capacitive element Tr11 Transistor Tr12 Transistor Tr21 Transistor Tr22 Transistor Tr23 Transistor Tr24 Transistor Tr25 Transistor Tr26 Transistor Tr27 Transistor Tr28 Transistor 51 Transistor 52 Transistor 53 Transistor 54 Transistor 55 Transistor 56 Transistor 57 Transistor 58 Transistor 59 Transistor 60 Capacitive element 61 Transistor 62 Transistor 63 Transistor 64 Capacitive element 71 Wiring 72 Wiring 73 Wiring 74 Wiring 75 Wiring 76 Wiring 77 Wiring 78 Wiring 79 Wiring 80 Wiring 81 Wiring 82 Wiring 83 Wiring 84 Wiring 85 Wiring 86 Wiring 87 Wiring 100 Imaging display device 101 Imaging unit 102 Display unit 102a Circuit unit 103 Lens 104 Lens 105 Subject 106 Viewer 110 Imaging display device 111 Layer 112 Layer 113 Layer 114 Layer 115 Layer 120 Imaging display device 130 Imaging display device 140 Imaging display Device 150 Region 151 Region 152 Region 152a Circuit 152b Circuit 152c Circuit 152d Circuit 152e Circuit 152f Circuit 152g Circuit 152h Circuit 153 Region 154 Region 155 Region 155a Circuit 155b Circuit 161 Photoelectric conversion element 162 Pixel circuit 162a Transistor 162b Transistor 163 Transistor 166 Connection part 167 Pixel circuit 167a Transistor 167b Transistor 171 Pixel circuit 172 Pixel circuit 173 Pixel circuit 174 Pixel circuit 175 Pixel circuit 176 Pixel circuit 177 Pixel circuit 178 Pixel circuit 179 Pixel circuit 180 Pixel circuit 200 Data processing section 201 Processing unit 203 Position sensor 204 Input / output unit 205 Storage unit 206 Server 207 Neural network 208 Storage medium 301 Layer 302 Layer 303 Layer 304 Region 331 Electrode 332 EL layer 333 Electrode 351 Conductive layer 352 Conductive layer 353 Conductive layer 354 Conductive layer 361 Insulation layer 362 Insulation layer 365 Backgate 370 Silicon substrate 371 Semiconductor layer 372 Insulation layer 381 Adhesion layer 382 Substrate 385 Insulation layer 3 91 Layer 392 Layer 393 Layer 394 Layer 395 Conductive layer 400 Insulation layer 410 Light-shielding layer 420 Organic resin layer 430 Color filter 430a Color filter 430b Color filter 430c Color filter 440 Microlens array 450 Optical conversion layer 460 Insulation layer 501 Input layer 502 Intermediate layer 503 Output layer 505 Server 600 Semiconductor device 610 Storage circuit 620 Reference storage circuit 630 Circuit 640 Circuit 650 Current source circuit 901 Main unit 902 Image pickup display device 903 Objective lens 904 Eyepiece lens 905 Belt 911 Lens tube 912 Image pickup display device 913 Objective lens 914 Eyepiece Lens 921 Lens barrel 922 Image pickup display device 923 Objective lens 924 Eyepiece lens 925 Infrared irradiation device
Claims (7)
前記第1の面とは逆の第2の面に表示部を有し、
データ処理部を有し、
前記撮像部は、前記第1の面に照射された光を受光する光電変換素子を有し、
前記表示部は、前記第1の面とは逆の方向に光を放射する発光素子を有し、
前記光電変換素子は、トランジスタのゲートと電気的に接続され、
前記発光素子は、前記トランジスタのソースまたはドレインの一方と電気的に接続され、
前記データ処理部は、被写体の種類を推定するニューラルネットワークを有する撮像表示装置。 It has an image pickup unit on the first surface.
The display unit is provided on the second surface opposite to the first surface.
Has a data processing unit
The image pickup unit has a photoelectric conversion element that receives light radiated to the first surface.
The display unit has a light emitting element that emits light in a direction opposite to that of the first surface.
The photoelectric conversion element is electrically connected to the gate of the transistor and is connected to the gate of the transistor.
The light emitting element is electrically connected to either the source or the drain of the transistor .
The data processing unit is an image pickup display device having a neural network for estimating the type of subject .
前記データ処理部は、前記光電変換素子と前記発光素子との間に設けられている撮像表示装置。 In claim 1 ,
The data processing unit is an image pickup display device provided between the photoelectric conversion element and the light emitting element.
前記第2の層は、前記第1の層と前記第3の層との間に設けられ、
前記第1の層は、発光素子を有し、
前記第2の層は、第1のトランジスタと、第2のトランジスタと、を有し、
前記第3の層は、光電変換素子を有し、
前記第4の層は、前記第2の層と前記第3の層との間に設けられ、
前記第4の層は、第3のトランジスタを有し、
前記発光素子は、前記第1のトランジスタと電気的に接続され、
前記光電変換素子は、前記第2のトランジスタと電気的に接続され、
前記第1のトランジスタと、前記第2のトランジスタとは電気的に接続され、
前記第3のトランジスタと、前記第2のトランジスタとは電気的に接続され、
前記第1および第2のトランジスタは、チャネル形成領域に金属酸化物を有し、
前記第3のトランジスタは、チャネル形成領域にシリコンを有する撮像表示装置。 It has a first layer, a second layer, a third layer, and a fourth layer .
The second layer is provided between the first layer and the third layer.
The first layer has a light emitting element and has a light emitting element.
The second layer has a first transistor and a second transistor.
The third layer has a photoelectric conversion element and has a photoelectric conversion element.
The fourth layer is provided between the second layer and the third layer.
The fourth layer has a third transistor and
The light emitting element is electrically connected to the first transistor and is connected to the first transistor.
The photoelectric conversion element is electrically connected to the second transistor and is connected to the second transistor.
The first transistor and the second transistor are electrically connected to each other .
The third transistor and the second transistor are electrically connected to each other.
The first and second transistors have a metal oxide in the channel forming region, and the first and second transistors have a metal oxide in the channel forming region.
The third transistor is an image pickup display device having silicon in the channel forming region .
前記金属酸化物は、Inと、Znと、M(MはAl、Ti、Ga、Sn、Y、Zr、La、Ce、NdまたはHf)と、を有する撮像表示装置。 In claim 3 ,
The metal oxide is an image pickup display device having In, Zn, and M (M is Al, Ti, Ga, Sn, Y, Zr, La, Ce, Nd or Hf).
前記光電変換素子は、セレンまたはセレンを含む化合物を有する撮像表示装置。 In claim 3 or 4 ,
The photoelectric conversion element is an image pickup display device having selenium or a compound containing selenium.
前記第1のトランジスタのソースまたはドレインの一方には前記光電変換素子の一方の電極が電気的に接続され、
前記光電変換素子の一方の電極には前記第2のトランジスタのソースまたはドレインの一方が電気的に接続され、
前記第2のトランジスタのソースまたはドレインの他方には前記第3のトランジスタのゲートが電気的に接続され、
前記第3のトランジスタのソースまたはドレインの一方には、前記発光素子の一方の電極が電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのソースまたはドレインの一方は、前記第2のトランジスタのソースまたはドレインの他方と電気的に接続され、
前記第4のトランジスタのソースまたはドレインの他方は、前記第3のトランジスタのゲートと電気的に接続されている撮像表示装置。 An image pickup display device including a first transistor, a second transistor, a third transistor, a fourth transistor, a photoelectric conversion element, and a light emitting element.
One electrode of the photoelectric conversion element is electrically connected to one of the source or drain of the first transistor.
One of the source and drain of the second transistor is electrically connected to one electrode of the photoelectric conversion element.
The gate of the third transistor is electrically connected to the other of the source or drain of the second transistor.
One electrode of the light emitting element is electrically connected to one of the source or drain of the third transistor .
One of the source or drain of the fourth transistor is electrically connected to the other of the source or drain of the second transistor.
An image pickup display device in which the other of the source or drain of the fourth transistor is electrically connected to the gate of the third transistor .
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